Структурски дизајн и применување на контролирани реактори за паметни мрежи
Реакторите се клучни за компензација на реактивна моќ во електропрениосните системи, со магнетски контролирани реактори како фокус на истражување. Интелигентната мрежа, која ја надградува традиционалната преку напредни технологии, го подобрува безбедноста и надежноста, што повисува барањето за контролирани реактори. Сепак, развојот на нов типови е важен. Овој труд, комбинирајќи ги практиката, истражува нивната структурна дизајн и примена за да го подигне иновацијата и да ја подобри конструkcijata na intelektualnata mreža.
1 Функции и статус на примена на контролирани реактори
1.1 Функции
За мрежите, контролираните реактори намалуваат загубите во мрежата, повисуваат факторот на моќната над 0,9, намалуваат осцилациите, прошируваат границите на демпфирање, зголемуваат капацитетот на пренос, и подобруваат стабилноста на напонот. За корисниците, тие: ① Стабилизираат напонот, што ги заштитува опремите како трансформаторите и го проширува временскиот период на служба. ② Елиминираат хармоники, намалуваат загубите и подобруваат безопасноста. ③ Намалуваат треперечието на напонот, што го подобрува качеството на енергијата. ④ Намалуваат реактивните загуби за корисниците со голем барање, што го намалува цената на електричеството. ⑤ Овозможуваат расширение на капацитетот при ниски трошоци преку динамичка компензација.
1.2 Статус на примена
Контролираните реактори се широко применуваат во електропрениосните системи, како на пример во електропрениосните компанији, индустријални утилити, производство на енергија од обновливи извори и други полиња. Со зголемувањето на барањето за енергија и ажурирањето на мрежите за пренос и распределба, пазарското барање за контролирани реактори се зголемува.
Реакторите се делат на три типа: магнетски контролирани, со прекинувачки регулација и со електронска прекинувачка контрола. Магнетски контролираните реактори овозможуваат непрекината регулација, голем капацитет и ниски трошоци, но имаат бавен одговор, високи загуби од вибрации и хармоники. Реакторите со прекинувачки регулација избегнуваат вибрации/хармоники, но регулираат прекинуто, што ограничува нивната употреба. Реакторите со електронска прекинувачка контрола овозможуваат непрекината регулација со брз одговор, но страдаат од хармоники и високи трошоци. Магнетски контролираните реактори се предпочитани. За да се прилагодат на интелигентните мрежи, потребни се ажурирања на материјалите и структурата и нови дизајнови.
2 Структурен дизајн на контролирани реактори во интелигентни мрежи
Интелигентната мрежа, или Grid 2.0, се заснова на двосмерни комуникациски мрежи. Исползува нова опрема, технологии и методи за да го подигне безбедноста, ефикасноста, природо-пријателството и економијата на мрежата, подобрувајќи ја потребата на корисниците за квалитет на енергијата. Контролираните реактори се клучни за конструирањето на интелигентни мрежи. Подолу е нивниот структурен дизајн базиран на нанокомпозитни магнетски материјали.
2.1 Избор на магнетски материјали
Нанокомпозитните магнетски материјали се состојат од нанокристални тешки и лесни магнетски фази. Нивните зрачки се интерагираат, што генерира спојена размена ефект под струја. Микроскопски, на фазните интерфејси, магнетните моменти реориентираат полето во време на интеракција, што го зголемува остајувањето. Во контролирани реактори: DC применета на витчините создава екситационно поле, магнетизирајќи го материјалот; AC формира атенуација поле, демагнетизирајќи го.
Подготвен преку топло течење на топла течност, материјалот подлежи темперирање за да се прилагоди неговата микроструктура. Ова го зголемува големината на зрачките и го намалува коерцитивноста, задоволувајќи потребите за прилагодување.
2.2 Общ структурен дизајн
Структурата на контролираниот реактор вклучува поврзни колони, железен јадро, клипси, работни витчини, контролни витчини и нанокомпозитни магнетски материјали. Екситационата колона, направена од магнетски материјали и силициум-железни плочици, седи во центарот. Работните витчини се наоѓаат по неа, со нивните највнешни слоеви како главни магнетски патеки. Контролната витчица обвива магнетскиот материјал.
Принцип: Во нормална работа на мрежата (без потреба за потискане на хармоники/регулација на реактивната моќ), реакторот детектира напон, струја и реактивна моќ. Овие податоци доаѓаат до контролниот систем за оценка на статусот на мрежата. За потискане на хармоники или регулација на реактивната моќ, контролниот систем прилагодува струјата на витчините. Магнетски материјали менуваат реактивната моќ преку магнетизација. Кога параметрите ги исполнуваат дизајн спецификациите, струјата на витчините се прилагодува повторно за да се демагнетизира материјалот обратно до нула остајување.
Според дизајнот на кружницата, игнорирајќи ја протечката на првата и втората страна, добиваме:
Каде: E1 представува индуцирана електромоторска сила на W1; E2 представува индуцирана електромоторска сила на W2; E3 представува индуцирана електромоторска сила на W3. Повеќе, користејќи T-тип кружница за еквивалентирање на двухпортната мрежа на контролираниот реактор, можеме да добиеме:
Нека Ik = β Ig, и индуктивноста на работната порта е:
Коефициентот на контрола на реактивната моќ е α, и Ik = αIg. Односот помеѓу реактивната моќ на работната порта и α е:
Со поврзување на работната порта паралелно со електропрениосната мрежа и третирање на U1 како константа, може да се добие следниот систем на равенки:
Каде: Ig и Ik претставуваат ефективните вредности на струјата на двете порти; Uk претставува ефективната вредност на напонот на контролната порта. Решавајќи системот на равенки во формула (5) можеме да добиеме оперативни показатели на перформанса на контролираниот реактор.
2.3 Дизајн на контролниот систем
Контролниот систем се состои од главна кружница (прилагодување на остајувањето на магнетскиот материјал) и подсистем за детекција-контрола (мониторинг на електрични параметри), работейќи заедно за да се постигнат управувачки цели. Кога работата на мрежата бара прилагодување на реактивната моќ, главната кружница применува струја за магнетизација/демагнетизација на материјалите, додека подсистемот мониторира оптимални параметри, осигурувајќи стабилност на мрежата. Промените на реактивната моќ произлегуваат од промени на магнетното состојба на јадрото. Контролираната ректификација овозможува милисекундна AC излез, задоволувајќи брзите потреби за промена на магнетната состојба. Системот издадува команди за реакторот да потисне хармоники и да регулира реактивната моќ, одржувајќи стабилноста на мрежата.
Оперативен процес: 1) Детектирајте статусот на мрежата, соберете параметри и оценете стабилноста. 2) Кога се појавуваат флуктуации на напонот/хармоники, контролниот систем на реакторот издадува команди. 3) Главната кружница дава прилагодлива индуктивност; материјалите се магнетизираат, менувајќи остајувањето/магнетната состојба на јадрото и така индуктивноста на реакторот. 4) По прилагодување, обратно прилагодете индуктивноста за да се демагнетизира материјалот и да се ресетира реакторот. Симулациите во Matlab го потврдија точноста на системот: 15 А магнетизираща струја и 220 В демагнетизиращ напон со стабилни форми на талас, задоволувајќи потребите за магнетизација/демагнетизација.
3 Експериментална анализа на ефектот на прилагодување на реактивната моќ
За да се верификува перформансата на прилагодување на реактивната моќ на реакторот, беше изграден прототип и соодветен контролен систем според дизајнот и симулациите. Експериментите анализираа карактеристиките на распределба на индуктивноста и евалуираа промените на квалитетот на енергијата во мрежата.
3.1 Стабилноста на контролираниот реактор
Во експериментот, податоци беа собрани за да се начертат карактеристичната крива на волт-ампер и оперативната крива на струјата на контролираниот реактор. Резултатите покажуваат дека: ① Како што вредноста на напонот се зголемува, струјата на работната витчица се зголемува, и двете покажуваат линеарен однос, што указува дека при различни магнетизиращи напони, вредноста на индуктивноста останува во относително константен опсег. ② Кога магнетизиращиот напон е 0-35 В, индуктивноста се намалува од 0,74 H до 0,61 H, и излезот на индуктивноста е стабилен, задоволувајќи барањето за гладко прилагодување. Промената на индуктивноста со магнетизиращиот напон е прикажана во Табела 2.
Во ова истражување, промената во вредноста на индуктивноста на контролираниот реактор се постигнува преку магнетизација и демагнетизација на магнетски материјали, што на свој ред зависи од алтернативната струја и директната струја која се преведува во контролната витчица. Оваа операција исто така ќе доведе до возбуди на работната витчица. Затоа, е необходимо да се анализаат и нивните транзиентни процеси. За тоа, беше користен мешовит домен осцилоскоп за да се собере формата на струјата на магнетскиот материјал во време на магнетизација и демагнетизација. Резултатите покажуваат дека реакторот одговара брзо, и формата на струјата е во стабилно состојба после завршување на магнетизацијата.
3.2 Мерени резултати на вредноста на индуктивноста
Во време на актуелна работа на контролираниот реактор, вредностите на индуктивноста добиени со применување на различни магнетизиращи напони се прикажани во Табела 3. Анализата покажува дека: ① Вредноста на индуктивноста на реакторот се менува приближно линеарно со варијацијата на остајувањето на магнетскиот материјал. Ова значи дека дори и малата промена во DC напонот може ефективно да се прилагоди вредноста на индуктивноста на реакторот. ② Со прецизна регулација на магнетната состојба на магнетскиот материјал, контролираниот реактор може флексибилно да се менува неговата вредност на индуктивност, со тоа постигнувајќи ефективна компензација на реактивната моќ во електропрениосната линија.
3.3 Промени во квалитетот на енергијата во електропрениосната мрежа
Во електропрениосниот систем, се запишуваа промените на струјата и напонот на висок напон на трансформаторот пред и по користењето на контролираниот реактор, и се набљудуваше хармоничкиот карактер. Резултатите се прикажани во Табела 4. Анализата покажува дека: ① Пред користењето на контролираниот реактор, промените на струјата и напонот на висок напон беа комплексни, и нивните форми на талас не покажуваа регуларни карактеристики; по користењето на контролираниот реактор, формите на струјата и напонот на висок напон се подобрија и имаа очигледни регуларни карактеристики. ② По користењето на контролираниот реактор, содржината на хармонии се намали, активната моќ се зголеми, и квалитетот на енергијата се значително подобри.
4 Заклучок
Заклучок, реакторите играат важна улога во електропрениосните системи, стабилизирајќи напон, потиснувајќи хармонии, демпфирајќи осцилации и зголемувајќи факторот на моќната. Меѓу постојните типови, магнетски контролирани реактори, со непрекината регулација на реактивната моќ, голем капацитет и ниски трошоци, се широко применуваат во електропрениосните системи. За да се реши проблемите како бавен одговор и високи загуби од вибрации на магнетски контролирани реактори, ова истражување дизајнира контролиран реактор со користење на нанокомпозитни магнетски материјали.
Експериментални заклучоци: ① Реакторот одговара брзо, со стабилни форми на струјата после магнетизација. ② Дори и малите промени во DC напонот може ефективно да се прилагоди индуктивноста. Со прецизна регулација на магнетната состојба на материјалите, реакторот флексибилно се менува неговата индуктивност за да компензира реактивната моќ во електропрениосната линија. ③ Последе примената, формите на струјата и напонот на висок напон и квалитетот на енергијата значително се подобри, пригодни за продвижување на интелигентните мрежи. Во иднина, со нови материјали, технологии и процеси, контролирани реактори ќе бидат оптимизирани за да подобрато исполнуваат потребите на интелигентните мрежи и да осигураат стабилна работа на мрежата.
