Struttura tal-Progett u l-Applikazzjoni ta' Reatturi Kuntrollabili għal Smart Grids

Il-reatturi huma muħħijiet barra tal-kompensazzjoni tal-potenza reattiva fis-sistemi tal-enerġija, b'mod partikolari l-reatturi magneżament kontrolati mhux għal dawn il-ħiliet. Il-grid smart, li ttagġorna l-tradizzjonali permezz ta' teknoloġiji avvanzati, toqbor is-sigurtà u r-affidabilità, bil-ġid tal-ħtieġi għall-reatturi kontrolabili. Għalhekk, l-iżvilupp ta' tipi ġodda hija importanti. Dan id-dokument, jikkombinaw it-taqsima, jisplora d-disinn strutturali u l-applikazzjonijiet tagħhom biex jiġi stimulat l-innovazzjoni u jgħin fil-bini tal-grid smart.

1 Funksjonijiet u Stat tat-Ttalb għal l-Reactors Kontrollabili
1.1 Funksjonijiet

Għal l-grids, ir-reatturi kontrolabili jiġċirru xitwa tal-netwerk, jirringħasjaw il-fattur tal-potenza fuq 0.9, jniqsu l-oscillazzjonijiet, jwassnu l-limiti tad-dampen, jirringħasjaw il-kapaċità tal-trasferiment, u jgħin fi s-sigurtà tal-volt. Għal l-utenti, huma: ① Jistabilizzaw il-volt, jipproteġġu l-equipment kif s-suġġerenti, u jirringħasjaw il-lunghezza tal-ħajja. ② Jeliminaw l-harmoni, jiċċirru xitwa, u jgħin fil-sigurtà. ③ Jkurban l-flimmer tal-volt, jiżżgħaw il-kwalità tal-enerġija. ④ Jiċċirru xitwa reattivi għal utenti bl-ħtieġa kbira, jniqsu l-kostijiet tal-enerġija. ⑤ Jippermettu l-espansjoni tal-kapaċità b'kost ta' bass, permezz tal-kompensazzjoni dinamika.

1.2 Stat tat-Ttalb

Ir-reatturi kontrolabili huma applikati ampiament fis-sistemi tal-enerġija, bħal f'kompannji tal-enerġija, utilita industriali, ġenerazzjoni tal-enerġija nuovi, u saħan oħra. Meta s-silġ tal-enerġija tiżdied u l-upgrade tal-grids tal-trasferiment u distribuzzjoni, it-talb għal reatturi kontrolabili huwa wkoll qiegħed jizdied.

Ir-reatturi jiksbu tliet tipi: kontrol magneżament, switch-throwing, u kontrol tas-switch elektroniku. Ir-reatturi magneżament kontrolati joffru adjustament kontinwu, kapaċità kbira, u kost ta' bass, imma għandhom risposta tarda, vibrazzjonijiet ta' xitwa, u harmoni. Id-diskontinuità ta' switch-throwing evita l-vibrazzjonijiet/harmoni, imma limita l-użu. It-tip tas-switch elektroniku jippermetti l-adjustament kontinwu b'respons veloċi, imma jħaseb mill-harmoni u l-kost ta' alt. Ir-reatturi magneżament kontrolati huma preferiti. Biex jagħmlu parti minn grids smart, huwa neċessarju l-upgrades materiali/strutturali u designs ġodda.

2 Disinn Strutturali tal-Reactors Kontrollabili fil-Grids Smart

Il-grid smart, jew Grid 2.0, jibni fuq reti ta' komunikazzjoni bidirezzjonali. Huwa jempjega ekipament, teknoloġiji, u metodi ġodda biex jirringħasja t-tafalità, l-effiċjenza, l-ambjent, u l-ekonomija tal-grid, sabiex jisoddisfa mill-ogħla l-ħtieġi tal-utenti għal kwalità tal-enerġija. Ir-reatturi kontrolabili huma muħħija għal bini tal-grid smart. Hawn taħt huwa l-disinn strutturali tagħhom bażat fuq materjal magneżi nanocomposite.

2.1 Selezzjoni tal-Materjal Magneżi

Il-materjal magneżi nanocomposite jikkonsisti mill-fażi magneżi hard u soft nanocrystalline. Il-grani tagħhom jinteraġixxu, jgħenbu effett ta' scambio meħtieġ meta jkun hemm kurrent. Mikroskopikament, fit-taqsim tal-fażi, il-moments magneżi jorrientaw i-ċamps waqt l-interaġixxi, jirringħasjaw il-remanenz. Fir-reatturi kontrolabili: DC applicat fuq windings jikkrea camp ta' esitazzjoni, magnetizza l-materjal; AC jiforma camp ta' attennu, demagnetizza l-materjal.

Preparat permezz ta' melt rapid quenching, il-materjal jippassa tempering biex jadjusta l-mikrostruttura tiegħu. Dan jirringħasja l-grani u jniqsu l-coercivity, jisoddisfa l-ħtieġi ta' adjustament.

2.2 Disinn Strutturali Komplet

Is-struttura tal-reattur kontrolabili tinsabbar minn tie rods, core tal-ġiż, clamps, working windings, control windings, u materjal magneżi nanocomposite. Il-colonna ta' esitazzjoni, miftuha minn materjal magneżi u sheets tal-ġiż siliczju, tinsabba fl-ewwel. Working windings jiffianhu, bil-layers esterni kif circuits magneżi prinċipali. Il-control winding twrappja intorn il-materjal magneżi.

Prinċipju: Waqt operazzjoni normali tal-grid (mhux neċessarju l-suppressjoni ta' harmoni/regolazzjoni reattiva), il-reattur jiddeċide il-volt, il-kurrent, u potenza reattiva. Data ta' sistema ta' kontrol għal evalwazzjoni stat grid. Għal suppressjoni ta' harmoni jew regolazzjoni reattiva, is-sistema ta' kontrol jadjusta il-kurrent tal-winding. Il-materjal magneżi jibdel reactance permezz ta' magnetizzazzjoni. Wara li parametri jissodisfano speċifikazzjonijiet ta' design, il-kurrent tal-winding jiġi adjustat mill-ġdid biex demagnetizza l-materjal wara zero remanenz.

Skont il-circuit ta' design, ignurand fluxes ta' leak primary- u secondary-side, nstab:

Fejn: E₁ irrapreżenta l-forza elettromottrice indotta ta' W₁; E₂ irrapreżenta l-forza elettromottrice indotta ta' W₂; E₃ irrapreżenta l-forza elettromottrice indotta ta' W₃. L-aħjar, permezz ta' circuit T-type biex jieqaf il-reti b-porti żewġa tal-reattur kontrolabili, nstab:

Ħalli I_k = β I_g, u l-valur tal-induttanza tal-port ta' darba huwa:

Il-koeffiċjent ta' kontrol tal-reactance huwa α, u I_k = &αI_g. Il-relazzjoni bejn l-reactance tal-port ta' darba u &α huwa:

Biex tkun parallel mal-grid tal-enerġija u tratta U₁ kif konstant, is-sistema ta' equazzjonijiet tista' tikseb:

Fejn: I_g u I_k jiddinaw il-valuri effettivi tal-kurrenti ftit porti; U_k irrapreżenta l-valur effettiv tal-volt tal-port ta' kontrol. Solving the system of equations in Formula (5) allows us to obtain the operating performance indicators of the controllable reactor.

2.3 Design tas-Sistema ta' Kontrol

Is-sistema ta' kontrol tinsabbar minn circuit prinċipali (adjusting magnetic material remanence) u subsistema ta' detektazzjoni-kontrol (monitoring electrical parameters), operanti insieme biex jisodisfaw l-obiettivi ta' managemment. Meta l-operazzjoni tal-grid rikiedu l-adjustament tal-reactance, il-circuit prinċipali japplika kurrenti biex jmagnetizzaw/demagnetizzaw l-materjal, samment il-subsistema tmonitora l-onus biex timmejklu l-parametri optimali, assicurando la stabilità della rete. Le variazioni di reattanza derivano da cambiamenti nello stato magnetico del nucleo. La rettificazione controllabile consente un output AC a livello di millisecondi, soddisfacendo le esigenze di rapida conversione dello stato magnetico. Il sistema emette comandi per il reattore per sopprimere armoniche e regolare la potenza reattiva, mantenendo la stabilità della rete.

Processo operativo: 1) Rilevare lo stato della rete, raccogliere i parametri e valutare la stabilità. 2) Quando si verificano fluttuazioni di tensione/armoniche, il sistema di controllo del reattore emette comandi. 3) Il circuito principale fornisce una induttanza regolabile; i materiali si magnetizzano, alterando la remanenza/stato del nucleo e quindi l'induttanza del reattore. 4) Dopo l'aggiustamento, riaggiusta l'induttanza per demagnetizzare i materiali e resettare il reattore. Simulazioni Matlab hanno verificato l'accuratezza del sistema: corrente di magnetizzazione di 15 A e tensione di demagnetizzazione di 220 V con forme d'onda stabili, soddisfacendo i requisiti di magnetizzazione/demagnetizzazione.

3 Analisi Sperimentale dell'Effetto di Regolazione della Reattanza

Per verificare le prestazioni di regolazione della reattanza del reattore, è stato costruito un prototipo e un sistema di controllo supportivo secondo il design e le simulazioni. Gli esperimenti hanno analizzato le caratteristiche di distribuzione dell'induttanza e valutato i cambiamenti nella qualità dell'energia elettrica della rete.

3.1 Stabilità del Reattore Controllabile

Nell'esperimento, sono stati raccolti dati per tracciare la curva caratteristica volt-ampere e la curva di corrente operativa del reattore controllabile. I risultati mostrano che: ① Man mano che aumenta il valore di tensione, la corrente dell'avvolgimento di lavoro aumenta, e i due mostrano una relazione lineare, indicando che, sotto diverse tensioni di magnetizzazione, il valore dell'induttanza rimane all'interno di un intervallo relativamente costante. ② Quando la tensione di magnetizzazione è compresa tra 0-35 V, l'induttanza diminuisce da 0,74 H a 0,61 H, e l'uscita dell'induttanza è stabile, soddisfacendo il requisito di regolazione liscia. Il cambiamento dell'induttanza con la tensione di magnetizzazione è mostrato nella Tabella 2.

In questo studio, il cambiamento del valore dell'induttanza del reattore controllabile viene ottenuto attraverso la magnetizzazione e la demagnetizzazione dei materiali magnetici, che a loro volta dipendono dalla corrente alternata e diretta passata nell'avvolgimento di controllo. Questa operazione porterà anche disturbi all'avvolgimento di lavoro. Pertanto, è necessario analizzare ulteriormente il suo processo transitorio di funzionamento. A questo scopo, è stato utilizzato un oscilloscopio a dominio misto per raccogliere le forme d'onda della corrente dei materiali magnetici durante la magnetizzazione e la demagnetizzazione. I risultati mostrano che il reattore risponde rapidamente, e la forma d'onda della corrente è in uno stato stabile dopo il completamento della magnetizzazione.

3.2 Risultati Misurati del Valore dell'Induttanza

Durante l'effettiva operazione del reattore controllabile, i valori di induttanza ottenuti applicando diverse tensioni di magnetizzazione sono mostrati nella Tabella 3. L'analisi rivela che: ① Il valore di induttanza del reattore cambia approssimativamente in modo lineare con la variazione della remanenza del materiale magnetico. Ciò significa che anche un piccolo cambiamento nella tensione continua può regolare efficacemente il valore di induttanza del reattore. ② Regolando con precisione lo stato magnetico del materiale magnetico, il reattore controllabile può cambiare flessibilmente il suo valore di induttanza, consentendo così una compensazione efficace della potenza reattiva nella linea elettrica.

3.3 Cambiamenti nella Qualità dell'Energia Elettrica della Rete

Nel sistema elettrico, sono stati registrati i cambiamenti di corrente e tensione sul lato ad alta tensione del trasformatore prima e dopo l'uso del reattore controllabile, e sono state osservate le caratteristiche armoniche. I risultati sono mostrati nella Tabella 4. L'analisi mostra che: ① Prima dell'uso del reattore controllabile, i cambiamenti di corrente e tensione sul lato ad alta tensione erano complessi, e le loro forme d'onda non avevano caratteristiche regolari; dopo l'uso del reattore controllabile, le forme d'onda di corrente e tensione sul lato ad alta tensione sono migliorate e hanno caratteristiche regolari evidenti. ② Dopo l'uso del reattore controllabile, il contenuto armonico è diminuito, la potenza attiva è aumentata, e la qualità dell'energia elettrica è migliorata significativamente.

4 Conclusione

In conclusione, i reattori svolgono un ruolo cruciale nei sistemi elettrici, stabilizzando la tensione, sopprimendo gli armonici, smorzando le oscillazioni e aumentando il fattore di potenza. Tra i tipi esistenti, i reattori controllati magneticamente, con regolazione continua della reattanza, capacità elevata e costo basso, sono ampiamente utilizzati nei sistemi elettrici. Per affrontare problemi come la risposta lenta e le vibrazioni di perdite elevate dei reattori controllati magneticamente, questo studio progetta un reattore controllabile utilizzando materiali magnetici nanocompositi.

Conclusioni sperimentali: ① Il reattore risponde rapidamente, con forme d'onda di corrente stabili dopo la magnetizzazione. ② Anche piccoli cambiamenti di tensione continua possono regolare efficacemente l'induttanza. Regolando con precisione lo stato magnetico dei materiali, il reattore può cambiare flessibilmente l'induttanza per compensare la potenza reattiva nelle linee elettriche. ③ Dopo l'applicazione, le forme d'onda di corrente e tensione sul lato ad alta tensione e la qualità dell'energia elettrica migliorano significativamente, rendendolo adatto alla promozione delle smart grid. In futuro, con nuovi materiali, tecnologie e processi, i reattori controllabili saranno ottimizzati per meglio soddisfare le esigenze delle smart grid e garantire l'operazione stabile della rete.