Structurale Ontwerp en Toepassing van Bestuurlijke Reactors voor Slimme Netwerken
Reactors zijn essentieel voor reactieve vermogenscompensatie in elektriciteitsnetwerken, met magnetisch gecontroleerde reactors als een onderzoeksfocus. Een slim netwerk, dat het traditionele netwerk via geavanceerde technologieën versterkt, verhoogt veiligheid en betrouwbaarheid, wat de vraag naar bestuurlijke reactors doet toenemen. Daarom is het ontwikkelen van nieuwe typen cruciaal. Dit artikel, gecombineerd met praktijk, verkent hun structuurontwerp en toepassing om innovatie te stimuleren en de bouw van slimme netwerken te verbeteren.
1 Functies en Toepassingsstatus van Bestuurlijke Reactors
1.1 Functies
Voor netwerken verminderen bestuurlijke reactors netwerkverliezen, verhogen de cosinus phi boven 0,9, verminderen trillingen, vergroten dempingssgrenzen, verhogen transmissiecapaciteit en verbeteren spanningstabiliteit. Voor gebruikers doen ze: ① Spanning stabiliseren, apparatuur zoals transformators beschermen en diens levensduur verlengen. ② Harmonische golven elimineren, verliezen verminderen en veiligheid verbeteren. ③ Spanningsflikkering beperken, waardoor de kwaliteit van de stroom wordt verbeterd. ④ Reactieve verliezen voor zwaar belaste gebruikers verminderen, waardoor elektriciteitskosten worden verlaagd. ⑤ Capaciteitsexpansie tegen lage kosten mogelijk maken via dynamische compensatie.
1.2 Toepassingsstatus
Bestuurlijke reactors worden breed toegepast in elektriciteitsnetwerken, zoals bij energiebedrijven, industriële nutsvoorzieningen, hernieuwbare energieopwekking en andere sectoren. Met de toename van de energievraag en de modernisering van elektriciteitsverdelingsnetwerken neemt ook de marktvraag naar bestuurlijke reactors toe.
Reactors vallen in drie categorieën: magnetisch gecontroleerd, schakelaars geworpen en elektronisch schakelaars gecontroleerd. Magnetisch gecontroleerde reactors bieden continue aanpassing, grote capaciteit en lage kosten, maar hebben een trage respons, hoge verliesvibraties en harmonische golven. Schakelaars geworpen vermijden vibraties/harmonische golven, maar passen discontinu aan, waardoor de toepassing beperkt is. Elektronisch schakelaars gecontroleerde types bieden continue aanpassing met snelle respons, maar lijden onder harmonische golven en hoge kosten. Magnetisch gecontroleerde reactors worden verkozen. Om slimme netwerken te passen, zijn materiaal/structuur-upgrades en nieuwe ontwerpen nodig.
2 Structuurontwerp van Bestuurlijke Reactors in Slimme Netwerken
Het slimme netwerk, of Grid 2.0, bouwt voort op tweerichtingscommunicatienetwerken. Het maakt gebruik van nieuwe apparatuur, technologieën en methoden om de veiligheid, efficiëntie, milieuvriendelijkheid en economie van netwerken te versterken, en beter aan de kwaliteitseisen van gebruikers te voldoen. Bestuurlijke reactors zijn cruciaal voor de bouw van slimme netwerken. Hieronder volgt hun structuurontwerp gebaseerd op nanocomposiet magnetische materialen.
2.1 Selectie van Magnetische Materialen
Nanocomposiet magnetische materialen bestaan uit nanokristallijne harde en zachte magnetische fasen. Hun korrels interacteren, waardoor een gekoppelde uitwisselingseffect ontstaat onder stroom. Microscopisch gezien, op faseinterfaces, heroriënteren magnetische momenten velden tijdens interactie, wat de remanentie verhoogt. In bestuurlijke reactors: DC toegepast op windingen creëert een opwekkingsveld, het materiaal magnetiseert; AC vormt een afzwakkend veld, dat het demagnetiseert.
Bereid via gesmolten snel afkoeling, ondergaat het materiaal temperen om de microstructuur aan te passen. Dit vergroot korrels en vermindert coërcitiviteit, waardoor aanpassingsbehoeften worden voldaan.
2.2 Algemene Structuurontwerp
De structuur van de bestuurlijke reactor bestaat uit spalken, een ijzerkern, klampen, werkwindingen, besturingwindingen en nanocomposiet magnetische materialen. De opwekkingskolom, gemaakt van magnetische materialen en silicium staalplaten, bevindt zich in het midden. Werkwindingen flankeren het, met hun buitenste lagen als hoofdmagnetische circuits. De besturingwinding wikkelt zich om de magnetische materialen.
Principe: Tijdens normale netwerkoperatie (geen harmonische onderdrukking/reactief regelen nodig), detecteert de reactor spanning, stroom en reactief vermogen. Deze gegevens gaan naar het besturingssysteem voor netwerkstatusbeoordeling. Voor harmonische onderdrukking of reactief regelen, past het besturingssysteem de windingstroom aan. Magnetische materialen veranderen reactantie via magnetisatie. Zodra parameters aan ontwerpspecificaties voldoen, wordt de windingstroom opnieuw aangepast om de materialen terug te demagnetiseren naar nul remanentie.
Volgens het ontwerp circuit, negerend primaire- en secundaire zijde lekstromen, krijgen we:
Waarbij: E1 vertegenwoordigt de geïnduceerde elektromotieve kracht van W1; E2 vertegenwoordigt de geïnduceerde elektromotieve kracht van W2; E3 vertegenwoordigt de geïnduceerde elektromotieve kracht van W3. Verder, door een T-type circuit te gebruiken om het twee-poortennetwerk van de bestuurlijke reactor equivalent te stellen, kunnen we verkrijgen:
Laat Ik = β Ig, en de inductiewaarde van de werkpoort is:
De reactantiebesturingscoëfficiënt is α, en Ik = αIg. Het verband tussen de reactantie van de werkpoort en α is:
Door de werkpoort parallel met het elektriciteitsnet te verbinden en U1 als constant te behandelen, kan het volgende systeem van vergelijkingen worden verkregen:
Waarbij: Ig en Ik de effectieve waarden van de stromen op de twee poorten aangeven; Uk vertegenwoordigt de effectieve waarde van de spanning op de besturingpoort. Door het systeem van vergelijkingen in Formule (5) op te lossen, kunnen we de bedrijfsprestatie-indicatoren van de bestuurlijke reactor verkrijgen.
2.3 Besturingssysteemontwerp
Het besturingssysteem bestaat uit een hoofdcircuit (aanpassing van de remanentie van magnetische materialen) en een detectie-besturingssubsystem (monitoring van elektrische parameters), die samenwerken om managementdoelen te bereiken. Wanneer de netwerkoperatie reactantie-aanpassing vereist, past het hoofdcircuit stromen toe om materialen te magnetiseren/demagnetiseren, terwijl het subsystem belastingen monitort om parameters optimaal te houden, waardoor de netstabiliteit wordt gewaarborgd. Veranderingen in reactantie komen voort uit verschuivingen in de magnetische staat van de kern. Bestuurlijke rectificatie maakt milliseconden-niveau AC-output mogelijk, waarmee behoefte aan snelle magnetische staat conversie wordt voldaan. Het systeem geeft commando's voor de reactor om harmonische golven te onderdrukken en reactief vermogen te regelen, waardoor de netstabiliteit wordt behouden.
Werkingproces: 1) Detecteer nettoestand, verzamel parameters en evalueer stabiliteit. 2) Bij spanningsschommelingen/harmonische golven, geeft het besturingssysteem van de reactor commando's. 3) Het hoofdcircuit produceert aanpasbare inductie; materialen magnetiseren, veranderen remanentie/kernstatus en dus de inductie van de reactor. 4) Na aanpassing, reverseer de inductie om materialen te demagnetiseren en de reactor te resetten. Matlab-simulaties bevestigden de nauwkeurigheid van het systeem: 15 A magnetiserende stroom en 220 V demagnetiserende spanning met stabiele golfformen, voldoende voor magnetiseren/demagnetiseren.
3 Experimentele Analyse van Reactantie-aanpassingseffect
Om de reactantie-aanpassingsprestaties van de reactor te verifiëren, werd een prototype en een bijbehorend besturingssysteem gebouwd volgens ontwerp en simulaties. Experimenten analyseerden inductieverdelingskenmerken en evalueerden veranderingen in de kwaliteit van het elektriciteitsnet.
3.1 Stabiliteit van de Bestuurlijke Reactor
Tijdens het experiment werden gegevens verzameld om de volt-ampère kenmerkcurve en de werkingstroomcurve van de bestuurlijke reactor te plotten. De resultaten laten zien dat: ① Als de spanningstoets stijgt, neemt de stroom van de werkwinding toe, en beide tonen een lineair verband, wat aangeeft dat onder verschillende magnetiserende spanningen, de inductiewaarde binnen een relatief constante range blijft. ② Wanneer de magnetiserende spanning 0-35 V is, daalt de inductie van 0,74 H naar 0,61 H, en de inductieoutput is stabiel, voldoend voor gladde aanpassing. De verandering van inductie met de magnetiserende spanning is weergegeven in Tabel 2.
In deze studie wordt de verandering in de inductiewaarde van de bestuurlijke reactor bereikt door de magnetisatie en demagnetisatie van magnetische materialen, wat op zijn beurt afhankelijk is van de wisselstroom en gelijkstroom die in de besturingwinding wordt ingevoerd. Deze operatie zal ook storingen veroorzaken in de werkwinding. Daarom is het nodig om haar werktransientproces verder te analyseren. Hiervoor werd een mixed-domain oscilloscope gebruikt om de stroomgolfformen van de magnetische materialen tijdens magnetisatie en demagnetisatie te verzamelen. De resultaten laten zien dat de reactor snel reageert, en de stroomgolfvorm is in een stabiele staat nadat de magnetisatie is voltooid.
3.2 Gemeten Resultaten van Inductiewaarde
Tijdens de werkelijke werking van de bestuurlijke reactor, zijn de inductiewaarden die worden verkregen door het toepassen van verschillende magnetiserende spanningen, weergegeven in Tabel 3. De analyse onthult dat: ① De inductiewaarde van de reactor verandert ongeveer lineair met de variatie van de remanentie van het magnetische materiaal. Dit betekent dat zelfs een kleine verandering in de gelijkspanning effectief de inductiewaarde van de reactor kan aanpassen. ② Door de magnetische staat van het magnetische materiaal precies te regelen, kan de bestuurlijke reactor flexibel zijn inductiewaarde veranderen, waardoor effectieve compensatie van het reactieve vermogen in de elektriciteitslijn wordt bereikt.
3.3 Veranderingen in de Kwaliteit van het Elektriciteitsnet
In het elektriciteitsnetwerk werden de stroom- en spanningveranderingen aan de hoogspanningszijde van de transformator voor en na het gebruik van de bestuurlijke reactor vastgelegd, en werden de harmonische kenmerken waargenomen. De resultaten staan in Tabel 4. De analyse toont aan dat: ① Voordat de bestuurlijke reactor werd gebruikt, waren de stroom- en spanningveranderingen aan de hoogspanningszijde complex, en hadden hun golfformen geen regelmatige kenmerken; na het gebruik van de bestuurlijke reactor werden de stroom- en spanninggolfformen aan de hoogspanningszijde verbeterd en hadden ze duidelijke regelmatige kenmerken. ② Na het gebruik van de bestuurlijke reactor, nam de harmonische inhoud af, het actieve vermogen nam toe, en de kwaliteit van de stroom werd aanzienlijk verbeterd.
4 Conclusie
Samenvattend spelen reactors een cruciale rol in elektriciteitsnetwerken, door spanning te stabiliseren, harmonische golven te onderdrukken, trillingen te dempen en de cosinus phi te verhogen. Onder de bestaande types bieden magnetisch gecontroleerde reactors, met continue reactantie-aanpassing, grote capaciteit en lage kosten, brede toepassing in elektriciteitsnetwerken. Om problemen zoals trage respons en hoge verliesvibraties van magnetisch gecontroleerde reactors aan te pakken, ontwerpt dit onderzoek een bestuurlijke reactor met nanocomposiet magnetische materialen.
Experimentele conclusies: ① De reactor reageert snel, met stabiele stroomgolfformen na magnetisatie. ② Zelfs kleine veranderingen in de gelijkspanning kunnen effectief de inductie aanpassen. Door de magnetische staat van de materialen precies te regelen, kan de reactor flexibel zijn inductie veranderen om het reactieve vermogen in elektriciteitslijnen te compenseren. ③ Na toepassing, verbeteren de stroom- en spanninggolfformen en de kwaliteit van de stroom aan de hoogspanningszijde aanzienlijk, geschikt voor promotie in slimme netwerken. In de toekomst, met nieuwe materialen, technologieën en processen, zullen bestuurlijke reactors worden geoptimaliseerd om beter aan de behoeften van slimme netwerken te voldoen en stabiele netwerkoperatie te garanderen.
