स्मार्ट ग्रिडको लागि नियन्त्रणयोग्य रिएक्टरहरूको संरचनात्मक डिझाइन र अनुप्रयोग

रिअक्टरहरू पावर सिस्टममा रिएक्टिभ शक्ति कम्पनसेसनको लागि महत्त्वपूर्ण हुन्छन्, जहाँ चुंबकीय नियन्त्रित रिअक्टरहरू अनुसन्धानको फोकस हुन्छन्। एउटा स्मार्ट ग्रिड, उन्नत प्रविधिहरूद्वारा पारम्परिक ग्रिडलाई अपग्रेड गर्दछ, र यसले सुरक्षा र विश्वसनीयतालाई बढाउँछ, जसले नियन्त्रण गरिने रिअक्टरहरूको माग बढाउँछ। यसैले, नयाँ प्रकारका रिअक्टरहरूको विकास गर्न महत्त्वपूर्ण छ। यो पेपर, प्रथमात्मक अनुभवको साथ, उनीहरूको संरचनात्मक डिझाइन र अनुप्रयोगलाई अन्वेषण गर्दछ र नवीनता र स्मार्ट ग्रिड निर्माणलाई बढाउने लागि गर्दछ।

1 नियन्त्रण गरिने रिअक्टरहरूको फलन र अनुप्रयोग स्थिति
1.1 फलन

ग्रिडको लागि, नियन्त्रण गरिने रिअक्टरहरू नेटवर्क नुक्सान घटाउँछ, शक्ति गुणाङ्क 0.9 भन्दा बढाउँछ, दोलन घटाउँछ, डैम्पिङ लिमिट विस्तार गर्दछ, प्रसारण क्षमता बढाउँछ, र वोल्टेज स्थिरता बढाउँछ। प्रयोगकर्ताहरूको लागि, यसले: ① वोल्टेज स्थिर गर्छ, ट्रान्सफार्मर जस्ता उपकरणहरूलाई सुरक्षा दिन्छ, र सेवा जीवन बढाउँछ। ② हार्मोनिकहरू उन्मूल गर्छ, नुक्सान घटाउँछ, र सुरक्षा बढाउँछ। ③ वोल्टेज फ्लिकर नियन्त्रण गर्छ, र शक्ति गुणवत्ता बढाउँछ। ④ भारी माग वाला प्रयोगकर्ताहरूको लागि रिएक्टिभ नुक्सान घटाउँछ, र विद्युत खर्च घटाउँछ। ⑤ डायनामिक कम्पनसेसन द्वारा लागत न्यूनतम राखिँदै क्षमता विस्तार गर्न सकिन्छ।

1.2 अनुप्रयोग स्थिति

नियन्त्रण गरिने रिअक्टरहरू पावर सिस्टममा व्यापक रूपमा अनुप्रयोग गरिन्छ, जस्तै पावर व्यवसाय, औद्योगिक व्यवसाय, नयाँ ऊर्जा विद्युत उत्पादन र अन्य क्षेत्रहरूमा। शक्ति माग वृद्धि र पावर प्रसारण र वितरण ग्रिडको अपग्रेड साथै, नियन्त्रण गरिने रिअक्टरहरूको बाजार माग बढ्दै गएको छ।

रिअक्टरहरू तीन प्रकारका हुन्छन्: चुंबकीय नियन्त्रण, स्विच-थ्रोइन्ग, र इलेक्ट्रोनिक-स्विच नियन्त्रण। चुंबकीय नियन्त्रण रिअक्टरहरू सतत रूपमा नियन्त्रण गर्न सकिन्छ, ठूलो क्षमता, र न्यून लागत छन् तर यसको प्रतिक्रिया धीरै छ, उच्च नुक्सान दोलन, र हार्मोनिकहरू छन्। स्विच-थ्रोइन्ग रिअक्टरहरू दोलन/हार्मोनिकहरू बचाउन सक्छ तर यसको नियन्त्रण असतत छ, जसले उपयोग लिमिट लगाउँछ। इलेक्ट्रोनिक-स्विच रिअक्टरहरू सतत नियन्त्रण र तीव्र प्रतिक्रिया गर्न सकिन्छ तर यसमा हार्मोनिकहरू र उच्च लागत छन्। चुंबकीय नियन्त्रण रिअक्टरहरू पसन्द गरिन्छन्। स्मार्ट ग्रिडमा फिट गर्न, सामग्री/संरचनाको अपग्रेड र नयाँ डिझाइन आवश्यक छ।

2 स्मार्ट ग्रिडमा नियन्त्रण गरिने रिअक्टरहरूको संरचनात्मक डिझाइन

स्मार्ट ग्रिड, वा ग्रिड 2.0, दोहोरी दिशामा संचार नेटवर्क बनाउँदछ। यसले नयाँ उपकरण, प्रविधि, र विधिहरूको प्रयोग गरेर ग्रिड सुरक्षा, दक्षता, पर्यावरण-अनुकूल, र आर्थिक बढाउँदछ, जसले प्रयोगकर्ताहरूको शक्ति गुणवत्ता आवश्यकतालाई बेहतर तरिकाले पूरा गर्छ। नियन्त्रण गरिने रिअक्टरहरू स्मार्ट ग्रिड निर्माणको लागि महत्त्वपूर्ण छन्। निम्न यसलाई नानोकम्पोजिट चुंबकीय सामग्री आधारित रिअक्टरहरूको संरचनात्मक डिझाइन दिइएको छ।

2.1 चुंबकीय सामग्रीको चयन

नानोकम्पोजिट चुंबकीय सामग्रीहरू नानोक्रिस्टलीन दुर्बल र मजबूत चुंबकीय फेजहरू भित्र्याउँछन्। उनीहरूको ग्रेनहरू अन्तरक्रिया गर्दा, विद्युत धारामा एक जोडिएको एक्सचेन्ज असर उत्पन्न गर्छन्। अत्यल्प दृष्टिकोणमा, फेज अन्तरफलानमा, चुंबकीय मोमेन्टहरू अन्तरक्रिया गर्दा क्षेत्रलाई पुनर्विन्यास गर्छन्, रेमेनेन्स बढाउँछन्। नियन्त्रण गरिने रिअक्टरहरूमा: डीसी विद्युत धारा विन्डिङमा लगाइएको छ, जसले एक एक्साइटेशन फिल्ड उत्पन्न गर्छ, सामग्रीलाई चुंबकीय गर्छ; एसी फिल्ड उत्पन्न गर्छ, जसले यसलाई डीमैग्नेटाइज गर्छ।

मेल्ट रेपिड क्वेञ्चिङ द्वारा तयार गरिएको सामग्रीलाई टेम्परिंग गरिने छ, जसले यसको अत्यल्प संरचना बदल्छ। यसले ग्रेनहरूलाई बढाउँछ र कोअर्सिविटी घटाउँछ, जसले नियन्त्रण आवश्यकतालाई पूरा गर्छ।

2.2 समग्र संरचनात्मक डिझाइन

नियन्त्रण गरिने रिअक्टरको संरचना टाइ रोड, आयरन कोर, क्लाम्प, काम गर्ने विन्डिङ, नियन्त्रण विन्डिङ, र नानोकम्पोजिट चुंबकीय सामग्रीहरू भित्र्याउँछ। एक्साइटेशन कोलम, चुंबकीय सामग्री र सिलिकन स्टील शीटहरू द्वारा बनेको, केन्द्रमा अवस्थित छ। काम गर्ने विन्डिङहरू यसको दुई तिर छन्, जसको बाहिरी लेयरहरू प्रमुख चुंबकीय सर्किट हुन्छन्। नियन्त्रण विन्डिङ चुंबकीय सामग्रीहरू भित्र्याउँछ।

सिद्धान्त: सामान्य ग्रिड संचालन (हार्मोनिक नियन्त्रण/रिएक्टिभ नियन्त्रण आवश्यक छैन) दै रिअक्टर वोल्टेज, विद्युत धारा, र रिएक्टिभ शक्ति लाग छान्छ। यी डाटा नियन्त्रण सिस्टममा जान्छ, जसले ग्रिड स्थिति विश्लेषण गर्छ। हार्मोनिक नियन्त्रण वा रिएक्टिभ नियन्त्रण लागि, नियन्त्रण सिस्टम विन्डिङ विद्युत धारालाई नियन्त्रण गर्छ। चुंबकीय सामग्रीहरू चुंबकीय गर्दा रिएक्टेन्स बदल्छ। जब पैरामिटरहरू डिझाइन विशेषतालाई मिल्छ, तब विन्डिङ विद्युत धारालाई फेरि नियन्त्रण गर्छ, चुंबकीय सामग्रीलाई शून्य रेमेनेन्स लाई डीमैग्नेटाइज गर्छ।

डिझाइन सर्किटमा, प्राथमिक र द्वितीयक तरफ लीकेज फ्लक्सहरूलाई अनदेखी गरेर, हामी पाउँछ:

जहाँ: E₁ प्रतिनिधित्व गर्छ W₁को उत्पन्न विद्युत बल; E₂ प्रतिनिधित्व गर्छ W₂को उत्पन्न विद्युत बल; E₃ प्रतिनिधित्व गर्छ W₃को उत्पन्न विद्युत बल। अतिरिक्त, T-प्रकार सर्किट द्वारा नियन्त्रण गरिने रिअक्टरको दुई-पोर्ट नेटवर्कलाई बराबर गर्दा, हामी पाउँछ:

राख्नुहोस् I_k = β I_g, र काम गर्ने पोर्टको इन्डक्टन्स मान छ:

रिएक्टेन्स नियन्त्रण गुणाङ्क α छ, र I_k = αI_g। काम गर्ने पोर्टको रिएक्टेन्स र α बीचको सम्बन्ध छ:

काम गर्ने पोर्टलाई शक्ति ग्रिडको साथ समान्तर जोड्ने र U₁ लाई नियत गर्ने भित्र, निम्न समीकरण सिस्टम प्राप्त गर्न सकिन्छ:

जहाँ: I_g र I_k दुई पोर्टमा विद्युत धाराहरूको प्रभावकारी मानहरू प्रतिनिधित्व गर्छ; U_k नियन्त्रण पोर्टमा विद्युत धाराको प्रभावकारी मान प्रतिनिधित्व गर्छ। सूत्र (5) मा समीकरण सिस्टमलाई हल गर्ने द्वारा, हामी नियन्त्रण गरिने रिअक्टरको संचालन प्रदर्शन चिह्नहरू प्राप्त गर्छौं।

2.3 नियन्त्रण सिस्टम डिझाइन

नियन्त्रण सिस्टम मुख्य सर्किट (चुंबकीय सामग्रीको रेमेनेन्स नियन्त्रण गर्ने) र निरीक्षण-नियन्त्रण उपसिस्टम (विद्युत पैरामिटरहरूलाई निरीक्षण गर्ने) भित्र्याउँछ, जसले एकसाथ प्रबन्धन लक्ष्य पूरा गर्छ। जब ग्रिड संचालन रिएक्टेन्स नियन्त्रण आवश्यक छ, मुख्य सर्किट विद्युत धारा लगाउँदै चुंबकीय सामग्रीलाई चुंबकीय/डीमैग्नेटाइज गर्छ, जबकि उपसिस्टम लोडहरूलाई निरीक्षण गर्दै पैरामिटरहरूलाई अनुकूल राख्छ, ग्रिड स्थिरता सुनिश्चित गर्छ। रिएक्टेन्स बिरुद्ध चुंबकीय अवस्था बिरुद्ध बदलिने द्वारा बिरुद्ध बदल्छ। नियन्त्रण गरिने रेक्टिफिकेशन मिलीसेकेन्ड-स्तरको एसी आउटपुट दिन सक्छ, जसले तीव्र चुंबकीय अवस्था रूपान्तरण आवश्यकता पूरा गर्छ। सिस्टम रिअक्टरलाई हार्मोनिकहरू र रिएक्टिभ शक्ति नियन्त्रण गर्ने आदेश दिन्छ, ग्रिड स्थिरता बनाउँछ।

संचालन प्रक्रिया: 1) ग्रिड स्थिति निरीक्षण गर्नुहोस्, पैरामिटरहरू संग्रह गर्नुहोस्, र स्थिरता आकलन गर्नुहोस्। 2) जब वोल्टेज दोलन/हार्मोनिकहरू घटना छ, तब रिअक्टरको नियन्त्रण सिस्टम आदेश दिन्छ। 3) मुख्य सर्किट नियन्त्रण गरिने इन्डक्टन्स आउटपुट गर्छ; सामग्रीहरू चुंबकीय गर्छ, रेमेनेन्स/कोर अवस्था र रिअक्टरको इन्डक्टन्स बिरुद्ध बदल्छ। 4) बिरुद्ध-नियन्त्रण बाद, इन्डक्टन्स बिरुद्ध नियन्त्रण गर्छ, सामग्रीहरूलाई डीमैग्नेटाइज गर्छ, र रिअक्टरलाई रिसेट गर्छ। Matlab सिमुलेशनहरूले सिस्टमको सटीकता प्रमाणित गर्यो: 15 A चुंबकीय विद्युत धारा र 220 V डीमैग्नेटाइज वोल्टेज लाई स्थिर वेवफार्महरूसँग, चुंबकीय/डीमैग्नेटाइज आवश्यकता पूरा गर्छ।

3 रिएक्टेन्स नियन्त्रण प्रभावको प्रयोगशाला विश्लेषण

रिअक्टरको रिएक्टेन्स नियन्त्रण प्रदर्शन प्रमाणित गर्न, डिझाइन र सिमुलेशन अनुसार एक प्रोटोटाइप र सहायक नियन्त्रण सिस्टम निर्माण गरियो। प्रयोगहरूले इन्डक्टन्स वितरण विशेषताहरू विश्लेषण गरेर ग्रिड शक्ति गुणवत्ता बिरुद्ध परिवर्तनहरूको मूल्यांकन गर्छ।

3.1 नियन्त्रण गरिने रिअक्टरको स्थिरता