स्मार्ट ग्रिड के लिए नियंत्रणयोग्य रिएक्टरों की संरचनात्मक डिज़ाइन और अनुप्रयोग
रिएक्टर विद्युत प्रणालियों में अभिक्रिय शक्ति की संपन्नता के लिए महत्वपूर्ण हैं, जिसमें चुंबकीय नियंत्रित रिएक्टर एक अनुसंधान का केंद्र है। एक स्मार्ट ग्रिड, उन्नत प्रौद्योगिकी के माध्यम से पारंपरिक ग्रिड को अपग्रेड करके, सुरक्षा और विश्वसनीयता में वृद्धि करता है, जिससे नियंत्रित रिएक्टरों की मांग बढ़ जाती है। इसलिए, नए प्रकार के विकसित करना महत्वपूर्ण है। यह शोध पत्र, अभिवृत्ति के संयोजन से, उनके संरचनात्मक डिजाइन और अनुप्रयोग का अध्ययन करता है जिससे नवाचार और स्मार्ट ग्रिड निर्माण में सुधार होता है।
1 नियंत्रित रिएक्टरों के कार्य और अनुप्रयोग स्थिति
1.1 कार्य
ग्रिड के लिए, नियंत्रित रिएक्टर नेटवर्क की हानि को कम करते हैं, शक्ति गुणांक को 0.9 से ऊपर उठाते हैं, दोलनों को कम करते हैं, डैम्पिंग सीमाओं को विस्तारित करते हैं, प्रसारण क्षमता को बढ़ाते हैं, और वोल्टेज स्थिरता में सुधार करते हैं। उपयोगकर्ताओं के लिए, वे: ① वोल्टेज को स्थिर करते हैं, ट्रांसफॉर्मर जैसी उपकरणों की सुरक्षा करते हैं, और सेवा जीवन बढ़ाते हैं। ② हार्मोनिक्स को दूर करते हैं, हानि को कम करते हैं, और सुरक्षा में सुधार करते हैं। ③ वोल्टेज फ्लिकर को नियंत्रित करते हैं, जिससे शक्ति की गुणवत्ता में सुधार होता है। ④ भारी-मांग वाले उपयोगकर्ताओं के लिए अभिक्रिय हानि को कम करते हैं, जिससे बिजली की लागत में कटौती होती है। ⑤ डायनामिक संपन्नता के माध्यम से कम लागत पर क्षमता का विस्तार संभव होता है।
1.2 अनुप्रयोग स्थिति
नियंत्रित रिएक्टर विद्युत प्रणालियों में व्यापक रूप से लागू होते हैं, जैसे कि विद्युत वितरण, औद्योगिक उपयोग, नई ऊर्जा विद्युत उत्पादन और अन्य क्षेत्रों में। विद्युत मांग की वृद्धि और विद्युत प्रसारण और वितरण ग्रिड के अपग्रेड के साथ, नियंत्रित रिएक्टरों की बाजार मांग भी बढ़ रही है।
रिएक्टर तीन प्रकार के होते हैं: चुंबकीय नियंत्रण, स्विच-थ्रो, और इलेक्ट्रोनिक-स्विच नियंत्रण। चुंबकीय नियंत्रण रिएक्टर सतत नियंत्रण, बड़ी क्षमता, और कम लागत प्रदान करते हैं, लेकिन उनका प्रतिक्रिया समय धीमा, हानि दोलन, और हार्मोनिक्स उच्च होते हैं। स्विच-थ्रो रिएक्टर दोलन/हार्मोनिक्स से बचते हैं, लेकिन वे असतत रूप से नियंत्रित होते हैं, जिससे उनका उपयोग सीमित हो जाता है। इलेक्ट्रोनिक-स्विच रिएक्टर सतत नियंत्रण और तीव्र प्रतिक्रिया प्रदान करते हैं, लेकिन वे हार्मोनिक्स और उच्च लागत से पीड़ित होते हैं। चुंबकीय नियंत्रण रिएक्टर पसंद किए जाते हैं। स्मार्ट ग्रिड के लिए, सामग्री और संरचनात्मक अपग्रेड और नए डिजाइन की आवश्यकता है।
2 स्मार्ट ग्रिड में नियंत्रित रिएक्टरों का संरचनात्मक डिजाइन
स्मार्ट ग्रिड, या ग्रिड 2.0, दो-पक्षीय संचार नेटवर्क पर निर्मित है। यह नई उपकरण, प्रौद्योगिकी, और विधियों का उपयोग करके ग्रिड की सुरक्षा, कार्यक्षमता, पर्यावरण-अनुकूलता, और आर्थिकता में सुधार करता है, जिससे उपयोगकर्ताओं की शक्ति की गुणवत्ता की आवश्यकताओं को बेहतर तरीके से पूरा किया जा सकता है। नियंत्रित रिएक्टर स्मार्ट ग्रिड निर्माण में महत्वपूर्ण हैं। नीचे नैनोकंपोजिट चुंबकीय सामग्री पर आधारित उनका संरचनात्मक डिजाइन दिया गया है।
2.1 चुंबकीय सामग्री का चयन
नैनोकंपोजिट चुंबकीय सामग्री नैनोक्रिस्टलीन कठोर और नरम चुंबकीय चरणों से मिलकर बनती है। उनके दाने आपस में क्रिया करते हैं, जिससे धारा के तहत एक जोड़ा एक्सचेंज प्रभाव उत्पन्न होता है। माइक्रोस्कोपिक रूप से, चरण सीमाओं पर, चुंबकीय क्षण इंटरक्शन के दौरान क्षेत्रों को पुनर्गठित करते हैं, जिससे रिमेनेंस में वृद्धि होती है। नियंत्रित रिएक्टरों में: डीसी वाइंडिंग्स पर लगाने से एक उत्तेजन फील्ड बनता है, जो सामग्री को चुंबकित करता है; एसी एक घटाव फील्ड बनाता है, जो इसे डी-चुंबकित करता है।
पिघलाकर तेजी से ठंडा करने से तैयार की गई सामग्री को टेम्परिंग करके इसकी माइक्रोस्ट्रक्चर को समायोजित किया जाता है। यह दानों को बड़ा करता है और कोअरसिविटी को कम करता है, जिससे समायोजन की आवश्यकताएं पूरी होती हैं।
2.2 समग्र संरचनात्मक डिजाइन
नियंत्रित रिएक्टर की संरचना टाय रॉड्स, आयरन कोर, क्लैंप्स, कार्य वाइंडिंग्स, नियंत्रण वाइंडिंग्स, और नैनोकंपोजिट चुंबकीय सामग्री से मिलकर बनी होती है। उत्तेजन स्तंभ, चुंबकीय सामग्री और सिलिकॉन स्टील शीट्स से बना, केंद्र पर स्थित होता है। कार्य वाइंडिंग्स इसके दोनों ओर स्थित होते हैं, जिनके बाहरी सबसे ऊपरी स्तर मुख्य चुंबकीय सर्किट होते हैं। नियंत्रण वाइंडिंग चुंबकीय सामग्री के चारों ओर लपेटा जाता है।
सिद्धांत: सामान्य ग्रिड संचालन के दौरान (जब हार्मोनिक समापन/अभिक्रिय नियंत्रण की आवश्यकता नहीं होती), रिएक्टर वोल्टेज, धारा, और अभिक्रिय शक्ति का पता लगाता है। ये डेटा नियंत्रण प्रणाली में ग्रिड की स्थिति का मूल्यांकन करने के लिए जाते हैं। हार्मोनिक समापन या अभिक्रिय नियंत्रण के लिए, नियंत्रण प्रणाली वाइंडिंग धारा को समायोजित करती है। चुंबकीय सामग्री चुंबकित होकर रिएक्टेंस बदलती है। जब पैरामीटर्स डिजाइन विशेषताओं को पूरा कर लेते हैं, तो वाइंडिंग धारा को फिर से समायोजित किया जाता है ताकि सामग्री को शून्य रिमेनेंस तक डी-चुंबकित किया जा सके।
डिजाइन सर्किट के अनुसार, प्राथमिक और द्वितीयक लीकेज फ्लक्स को नजरअंदाज करते हुए, हम प्राप्त करते हैं:
जहाँ: E1 प्रतिनिधित्व करता है W1 का प्रेरित विद्युत बल; E2 प्रतिनिधित्व करता है W2 का प्रेरित विद्युत बल; E3 प्रतिनिधित्व करता है W3 का प्रेरित विद्युत बल। आगे, T-प्रकार की सर्किट का उपयोग करके नियंत्रित रिएक्टर के दो-पोर्ट नेटवर्क को समान बनाया जा सकता है, जिससे हम प्राप्त करते हैं:
मान लीजिए Ik = β Ig, और कार्य पोर्ट का इंडक्टेंस मान है:
रिएक्टेंस नियंत्रण गुणांक α है, और Ik = αIg। कार्य पोर्ट के रिएक्टेंस और α के बीच का संबंध है:
कार्य पोर्ट को विद्युत ग्रिड के साथ समान्तर जोड़कर और U1 को नियत मानते हुए, निम्नलिखित समीकरण प्रणाली प्राप्त की जा सकती है:
जहाँ: Ig और Ik दो पोर्टों पर धाराओं के प्रभावी मान हैं; Uk नियंत्रण पोर्ट पर वोल्टेज का प्रभावी मान है। सूत्र (5) के समीकरण प्रणाली को हल करके हम नियंत्रित रिएक्टर के संचालन प्रदर्शन सूचकों को प्राप्त कर सकते हैं।
2.3 नियंत्रण प्रणाली डिजाइन
नियंत्रण प्रणाली मुख्य सर्किट (चुंबकीय सामग्री के रिमेनेंस को समायोजित करना) और डिटेक्शन-नियंत्रण उपप्रणाली (विद्युत पैरामीटर्स की निगरानी) से मिलकर बनी होती है, जो एक साथ काम करके प्रबंधन लक्ष्यों को पूरा करती है। जब ग्रिड संचालन में रिएक्टेंस को समायोजित करने की आवश्यकता होती है, तो मुख्य सर्किट धारा लगाता है ताकि सामग्री को चुंबकित/डी-चुंबकित किया जा सके, जबकि उपप्रणाली लोड की निगरानी करती है ताकि पैरामीटर्स ऑप्टिमल रहें, ग्रिड की स्थिरता सुनिश्चित करती है। रिएक्टेंस में परिवर्तन कोर के चुंबकीय अवस्था के परिवर्तन से होता है। नियंत्रित रेक्टिफिकेशन मिलीसेकंड स्तर का एसी आउटपुट संभव बनाता है, जो तीव्र चुंबकीय अवस्था के रूपांतरण की आवश्यकता को पूरा करता है। प्रणाली रिएक्टर को हार्मोनिक्स को दूर करने और अभिक्रिय शक्ति को नियंत्रित करने के लिए आदेश देती है, ग्रिड की स्थिरता बनाए रखती है।
संचालन प्रक्रिया: 1) ग्रिड की स्थिति का पता लगाएं, पैरामीटर्स का संग्रह करें, और स्थिरता का मूल्यांकन करें। 2) जब वोल्टेज दोलन/हार्मोनिक्स होते हैं, तो रिएक्टर की नियंत्रण प्रणाली आदेश देती है। 3) मुख्य सर्किट समायोज्य इंडक्टेंस आउटपुट करता है; सामग्री चुंबकित होती है, रिमेनेंस/कोर अवस्था और इस प्रकार रिएक्टर के इंडक्टेंस को बदलती है। 4) समायोजन के बाद, इंडक्टेंस को विपरीत समायोजित करें ताकि सामग्री को डी-चुंबकित किया जा सके और रिएक्टर को रीसेट किया जा सके। मैटलैब सिमुलेशन ने प्रणाली की सटीकता की पुष्टि की: 15 ऐम्पियर चुंबकित धारा और 220 वोल्ट डी-चुंबकित वोल्टेज स्थिर वेवफॉर्म के साथ, चुंबकित/डी-चुंबकित आवश्यकताओं को पूरा करते हैं।
3 रिएक्टेंस समायोजन प्रभाव का प्रयोगशाला विश्लेषण
रिएक्टर के रिएक्टेंस समायोजन प्रदर्शन की पुष्टि करने के लिए, डिजाइन और सिमुलेशनों के अनुसार एक प्रोटोटाइप और समर्थक नियंत्रण प्रणाली बनाई गई। प्रयोगों ने इंडक्टेंस वितरण विशेषताओं का विश्लेषण किया और ग्रिड शक्ति की गुणवत्ता में परिवर्तन का मूल्यांकन किया।
3.1 नियंत्रित रिएक्टर की स्थिरता
प्रयोग में, डेटा एकत्र किया गया था ताकि नियंत्रित रिएक्टर का वोल
