Strukturālais dizains un lietojums kontroļu reaktoriem īstos tīklos
Reaktori ir būtiski reaktivās jaudas kompensēšanai enerģijas tīklos, ar magnētiski kontrolējamiem reaktoriem kā pētniecības prioritāte. Gudrā tīkla, kas modernizē tradicionālo tīklu, izmantojot paātrinātu tehnoloģiju, uzlabojas drošība un uzticamība, palielinot prasības pēc kontrolējamajiem reaktoriem. Tādēļ jaunu tipu reaktoru attīstība ir nozīmīga. Šajā rakstā, apvienojot praksi, tiek pētīta to strukturālā dizainā un lietošana, lai veicinātu inovācijas un gudra tīkla izveidi.
1 Kontrolējamo reaktoru funkcijas un lietošanas stāvoklis
1.1 Funkcijas
Tīklam kontrolējami reaktori samazina tīkla zudumu, paaugstināt spēja iekārtu virsmaskaitli virs 0,9, samazina oscilācijas, paplašina dempfēšanas robežas, palielina transmīcijas jaudu un uzlabo sprieguma stabilitāti. Lietotājiem tie: ① Stabilizē spriegumu, aizsargā aprīkojumu, piemēram, transformatorus, un pagarina darbības laiku. ② Novērš harmonikas, samazina zudumus un uzlabo drošību. ③ Ierobežo sprieguma mirgošanu, uzlabojot enerģijas kvalitāti. ④ Samazina reaktivās zudumu liela patēriņa lietotājiem, samazinot elektroenerģijas izmaksas. ⑤ ļauj ieplānotie kapacitātes paplašināšanu ar zemu izmaksu, izmantojot dinamisko kompensāciju.
1.2 Lietošanas stāvoklis
Kontrolējami reaktori plaši tiek izmantoti enerģijas tīklos, piemēram, enerģijas uzņēmumos, rūpnieciskajos uzņēmumos, jaunās enerģijas ražošanā un citās jomās. Ar pieaugošo enerģijas pieprasījumu un tīklu transmīcijas un sadalīšanas atjaunošanu, pieaug arī tirgus pieprasījums pēc kontrolējamajiem reaktoriem.
Reaktori ir trīs veidos: magnētiski kontrolējami, spēja mainīgi un elektroniski kontrolējami. Magnētiski kontrolējamie reaktori piedāvā nepārtrauktu pielāgošanos, lielu jaudu un zemas izmaksas, bet atbildes laiks ir lēns, zudumi un vibrācijas ir lielas, un ir harmonikas. Spēja mainīgie reaktori izvairās no vibrācijām un harmonikām, bet pielāgojas neregulāri, ierobežojot to lietošanu. Elektroniski kontrolējamie reaktori ļauj nepārtrauktu pielāgošanos ar ātru atbildes laiku, bet cieš no harmonikām un augstām izmaksām. Preferētie ir magnētiski kontrolējamie reaktori. Lai tās atbilstu gudrajām tīkliem, nepieciešamas materiālu un struktūras atjaunošana un jauns dizains.
2 Kontrolējamā reaktora strukturālais dizains gudros tīklos
Gudrā tīkla, vai Grid 2.0, balstās uz divvirziena komunikācijas tīkliem. Tas izmanto jaunas ierīces, tehnoloģijas un metodes, lai uzlabotu tīkla drošību, efektivitāti, vides draudzīgumu un ekonomiku, labāk apmierinot lietotāju enerģijas kvalitātes vajadzības. Kontrolējamie reaktori ir būtiski gudra tīkla izveidei. Zemāk ir to strukturālais dizains, balstoties uz nanokompozīta magnētiskajiem materiāliem.
2.1 Magnētiskā materiāla izvēle
Nanokompozīts magnētiskais materiāls sastāv no nanokristāliskiem mērenā un mīkstā magnētiskā fāzes. To graudi interakcijā radīs savstarpējo apmaiņas efektu strāvas iedarbībā. Mīkroskopiski, fāzes sadales malās, magnētiskie momenti orientē laukus interakcijā, paaugstinot remanentu. Kontrolējamajos reaktoros: DC strāva, kas pievienota vilcieniem, izveido eksitācijas lauku, magnētizējot materiālu; AC strāva veido samazināto lauku, demagnētizējot to.
Materiāls tiek sagatavots, izmantojot šķidruma ātru dzestīšanu, un tam tiek veikta temperēšana, lai pielāgotu mikrostruktūru. Tas paplašina graudus un samazina koercitīvās spējas, atbilstot pielāgošanas vajadzībām.
2.2 Kopējais strukturālais dizains
Kontrolējamā reaktora struktūra ietver saistīšanas stabi, dzelzs šķērsgriezums, klejas, darba vilcieni, kontroles vilcieni un nanokompozīti magnētiski materiāli. Eksitācijas kolonna, kas sastāv no magnētiskajiem materiāliem un silīcijs dzelzs plāksnēm, atrodas centrā. Darba vilcieni to apkārt, ar to ārējā slānis kā galvenais magnētiskais ceļš. Kontroles vilciens aptver magnētiskos materiālus.
Princips: Normālā tīkla darbībā (bez harmoniku novēršanas/reaktivās regulēšanas vajadzības), reaktors izmanto spriegumu, strāvu un reaktivās jaudas. Šie dati tiek nosūtīti kontrolēšanas sistēmai, lai novērtētu tīkla stāvokli. Harmoniku novēršanai vai reaktivās regulēšanai, kontrolēšanas sistēma pielāgo vilciena strāvu. Magnētiskie materiāli maina reaktanci caur magnētizāciju. Kad parametri atbilst projektēšanas specifikācijām, vilciena strāve tiek atkal pielāgota, lai demagnētizētu materiālus līdz nullei remanentei.
Pēc projektēšanas shēmas, ignorējot primārās un sekundārās puses izplūdes magnētisko plūsmu, mēs iegūstam:
Kur: E1 attēlo inducēto elektromotīvo spēku W1; E2 attēlo inducēto elektromotīvo spēku W2; E3 attēlo inducēto elektromotīvo spēku W3. Turklāt, izmantojot T tipa shēmu, lai vienādotu divpušu tīklu kontrolējamā reaktora, mēs varam iegūt:
Lai Ik = β Ig, un darba portā induktīvā vērtība ir:
Reaktancijas kontrolēšanas koeficients ir α, un Ik = αIg. Attiecība starp darba portā reaktanciju un α ir:
Savienojot darba portu paralēli ar enerģijas tīklu un uzskatot U1 kā konstanti, var iegūt šādu vienādojumu sistēmu:
Kur: Ig un Ik apzīmē efektīvās strāves vērtības divos portos; Uk apzīmē efektīvo sprieguma vērtību kontrolēšanas portā. Vienādojumu sistēmas risināšana Formulā (5) ļauj iegūt kontrolējamā reaktora darbības rādītājus.
2.3 Kontrolēšanas sistēmas dizains
Kontrolēšanas sistēma sastāv no galvenās shēmas (pielāgojot magnētiskā materiāla remanenti) un detektēšanas-kontrolēšanas apakšsistēmas (uzraudzot elektriskos parametrus), strādājot kopā, lai sasniegtu pārvaldības mērķus. Kad tīkla darbībai nepieciešama reaktancijas pielāgošana, galvenā shēma pievieno strāves, lai magnētizētu/demagnētizētu materiālus, savukārt apakšsistēma uzraudzina ielādi, lai saglabātu optimālus parametrus, nodrošinot tīkla stabilitāti. Reaktancijas maiņa notiek no dzelzs magnētiskā stāvokļa maiņas. Kontrolējamā rektilācija ļauj milisekundēm līmenī AC izvadi, atbilstot ātrai magnētiskā stāvokļa maiņas vajadzībām. Sistēma izdod komandas reaktoram, lai novērstu harmonikas un regulētu reaktivās jaudas, uzturējot tīkla stabilitāti.
Darbības process: 1) Izpētīt tīkla stāvokli, izveidot parametrus un novērtēt stabilitāti. 2) Kad notiek sprieguma svārstības/harmonikas, reaktora kontrolēšanas sistēma izdod komandas. 3) Galvenā shēma izdod pielāgojamu induktīvumu; materiāli magnētizējas, mainot remanenti/dzelzs stāvokli un tādējādi reaktora induktīvumu. 4) Pēc pielāgošanas, inversā pielāgošana induktīvumam, lai demagnētizētu materiālus un atiestatītu reaktoru. Matlab simulācijas apstiprināja sistēmas precizitāti: 15 A magnētizējošā strāva un 220 V demagnētizējošais spriegums ar stabilām formām, atbilstot magnētizācijas/demagnētizācijas prasībām.
3 Reaktancijas pielāgošanas efekta eksperimentālā analīze
Lai pārbaudītu reaktora reaktancijas pielāgošanas veiktspēju, tika izgatavots prototips un atbalstoša kontrolēšanas sistēma, atbilstoši dizainam un simulācijām. Eksperimenti analizēja induktīvuma sadalījuma īpašības un novērtēja tīkla enerģijas kvalitātes maiņas.
3.1 Kontrolējamā reaktora stabilitāte
Eksperimentā tika apkopoti dati, lai uzzīmētu kontrolējamā reaktora volt-amperē hakteristikas krivuli un darba strāvas krivuli. Rezultāti parāda, ka: ① Kad sprieguma vērtība palielinās, darba vilciena strāva palielinās, un abiem ir lineāla attiecība, kas norāda, ka dažādos magnētizējošajos spriegumos, induktīvuma vērtība paliek salīdzinoši nemainīga. ② Kad magnētizējošais spriegums ir 0-35 V, induktīvums samazinās no 0,74 H līdz 0,61 H, un induktīvuma izvade ir stabila, atbilstot vieglai pielāgošanai. Induktīvuma maiņa ar magnētizējošo spriegumu ir parādīta Tabulā 2.
Šajā pētījumā kontrolējamā reaktora induktīvuma vērtības maiņa tika sasniegta, magnētizējot un demagnētizējot magnētiskos materiālus, kas savukārt atkarīgs no alternācijas strāvas un tiesā strāvas, kas ievadītas kontrolēšanas vilcienā. Šī operācija arī izraisīsies traucējumi darba vilcienā. Tādēļ ir nepieciešams tālāk analizēt tā darbības pagaidu procesu. Tādēļ tika izmantots meklēšanas osiloskops, lai apkopotu magnētiskā materiāla strāvas formas magnētizēšanas un demagnētizēšanas laikā. Rezultāti parāda, ka reaktors reaģē ātri, un strāvas forma ir stabila pēc magnētizēšanas beigām.
3.2 Izmērītās induktīvuma vērtības rezultāti
Reālā darbībā kontrolējamā reaktora, izmantojot dažādus magnētizējošos spriegumus, iegūstamās induktīvuma vērtības ir parādītas Tabulā 3. Analīze parāda, ka: ① Reaktora induktīvuma vērtība mainās aptuveni lineāli ar magnētiskā materiāla remanentes maiņu. Tas nozīmē, ka pat mazs DC sprieguma maiņa var efektīvi pielāgot reaktora induktīvuma vērtību. ② Precīzi regulējot magnētiskā materiāla magnētisko stāvokli, kontrolējamais reaktors var elastīgi mainīt savu induktīvuma vērtību, tādējādi sasniedzot efektīvu reaktivās jaudas kompensāciju enerģijas tīklā.
3.3 Enerģijas tīkla enerģijas kvalitātes maiņas
Enerģijas tīklā tika ierakstītas strāvas un sprieguma maiņas pārveidotāja augstā sprieguma pusē pirms un pēc kontrolējamā reaktora izmantošanas, un tika novērotas harmonikas īpašības. Rezultāti ir parādīti Tabulā 4. Analīze parāda, ka: ① Pirms kontrolējamā reaktora izmantošanas, strāvas un sprieguma maiņa pārveidotāja augstā sprieguma pusē bija sarežģīta, un to formas nebija regullāras; pēc kontrolējamā reaktora izmantošanas, strāvas un sprieguma formas pārveidotāja augstā sprieguma pusē uzlabojās un bija acīmredzamas regullāras. ② Pēc kontrolējamā reaktora izmantošanas, harmonikas satura samazinājās, aktīvā jauda palielinājās, un enerģijas kvalitāte būtiski uzlabojās.
4 Secinājumi
Secinājumā, reaktori spēlē būtisku lomu enerģijas tīklā, stabilizējot spriegumu, novēršot harmonikas, dambot oscilācijas un paaugstināt spēja iekārtu virsmaskaitli. No esošajiem tipiem, magnētiski kontrolējamie reaktori, ar nepārtrauktu reaktancijas pielāgošanu, lielu jaudu un zemas izmaksas, plaši tiek izmantoti enerģijas tīklā. Lai atrisinātu problēmas, piemēram, lēnu atbildes laiku un lielus zudumu un vibrācijas magnētiski kontrolējamajos reaktoros, šis pētījums izstrādā kontrolējamu reaktoru, izmantojot nanokompozīta magnētiskos materiālus.
Eksperimentālie secinājumi: ① Reaktors reaģē ātri, un strāvas formas ir stabili pēc magnētizēšanas. ② Pat mazas DC sprieguma maiņas var efektīvi pielāgot induktīvumu. Precīzi regulējot magnētiskā materiāla stāvokli, reaktors elastīgi maina induktīvumu, lai kompensētu reaktivās jaudas enerģijas tīklā. ③ Pēc izmantošanas, augstā sprieguma pusē strāvas/sprieguma formas un enerģijas kvalitāte būtiski uzlabojās, būtisks gudra tīkla veicināšanai. Nākotnē, ar jauniem materiāliem, tehnoloģijām un procesiem, kontrolējamie reaktori tiks optimizēti, lai labāk atbilstu gudra tīkla vajadzībām un nodrošinātu stabila tīkla darbību.
