Конструкційний дизайн та застосування керованих реакторів для розумних електромереж

Реактори є ключовими для компенсації реактивної потужності в електроенергетичних системах, з магнітно контролюваними реакторами як об'єктом досліджень. Інтелектуальні мережі, які оновлюють традиційні через застосування передових технологій, підвищують безпеку та надійність, збільшуючи потреби у контролюваних реакторах. Тому розробка нових типів має велике значення. Ця стаття, поєднуючи практику, досліджує їхню конструктивну проектування та застосування для стимулювання інновацій та підвищення ефективності будівництва інтелектуальних мереж.

1 Функції та стан застосування контролюваних реакторів
1.1 Функції

Для мереж контролювані реактори зменшують мережеві втрати, підвищують коефіцієнт потужності понад 0,9, зменшують коливання, розширюють границі демпфування, збільшують пропускну спроможність та підвищують стабільність напруги. Для користувачів вони: ① Стабілізують напругу, захищають обладнання, таке як трансформатори, та продовжують термін служби. ② Виключають гармоніки, зменшують втрати та підвищують безпеку. ③ Знижують мерехтіння напруги, покращуючи якість електроенергії. ④ Зменшують реактивні втрати для користувачів з великим попитом, знижуючи вартість електроенергії. ⑤ Дозволяють розширення потужності за низькою вартістю через динамічну компенсацію.

1.2 Стан застосування

Контролювані реактори широко застосовуються в електроенергетичних системах, таких як енергетичні компанії, промислові підприємства, генерація електроенергії з відновлюваних джерел тощо. Зі зростанням попиту на електроенергію та модернізацією мереж передачі та розподілу, ринковий попит на контролювані реактори також зростає.

Реактори поділяються на три типи: магнітного контролю, перекидного комутатора та електронного комутатора. Магнітно контролювані реактори надають неперервне регулювання, великі обсяги та низьку вартість, але мають повільну відповідь, великі втрати вібрацій та гармоніки. Перекидні комутатори уникують вібрацій/гармонік, але регулюються дискретно, обмежуючи їх застосування. Електронні комутатори дозволяють неперервне регулювання з швидкою відповіддю, але страждають від гармонік та високої вартості. Магнітно контролювані реактори є переважними. Для відповідності до інтелектуальних мереж необхідні оновлення матеріалів/конструкцій та нові дизайн-розробки.

2 Конструктивна проектування контролюваних реакторів в інтелектуальних мережах

Інтелектуальна мережа, або Grid 2.0, базується на двосторонніх мережах зв'язку. Вона використовує нове обладнання, технології та методи для підвищення безпеки, ефективності, екологічності та економічності мереж, краще задовольняючи потреби користувачів у якості електроенергії. Контролювані реактори є ключовими для будівництва інтелектуальних мереж. Нижче представлена їхня конструктивна проектування на основі нанокомпозитних магнітних матеріалів.

2.1 Вибір магнітних матеріалів

Нанокомпозитні магнітні матеріали складаються з нанокристалічних твердих та м'яких магнітних фаз. Їхні зерна взаємодіють, генеруючи зв'язаний обмінний ефект при струмі. Мікрооптично, на межах фаз, магнітні моменти переорієнтовують поля під час взаємодії, збільшуючи залишкову намагніченість. У контролюваних реакторах: пряма струмова подача на витки створює поле запалення, намагнічувуючи матеріал; перемінна струмова форма створює поле затухання, демагнітуючи його.

Підготовлений шляхом швидкого змірзнення розплаву, матеріал проходить термічну обробку для налаштування свого мікроструктурного стану. Це збільшує зерна та зменшує коерцитивність, задовольняючи потреби налаштування.

2.2 Загальна конструктивна проектування

Структура контролюваного реактора складається з стержнів, сердечника, кліпс, робочих витків, контрольних витків та нанокомпозитних магнітних матеріалів. Колонка запалення, виготовлена з магнітних матеріалів та листів силикозалізня, розташована в центрі. Робочі витки розташовані по боках, з найзовнішнім шаром як основним магнітним контуром. Контрольний виток обгортає магнітні матеріали.

Принцип: Під час нормальної роботи мережі (коли не потрібне підавлення гармонік/регулювання реактивної потужності), реактор виявляє напругу, струм та реактивну потужність. Ці дані надходять до системи керування для оцінки стану мережі. Для підавлення гармонік або регулювання реактивної потужності система керування налаштовує струм витків. Магнітні матеріали змінюють реактивну опір через намагнічування. Коли параметри відповідають проектним специфікаціям, струм витків знову налаштовується, щоб демагнітнувати матеріали до нульової залишкової намагніченості.

За проектним контуром, ігноруючи витоки первинної та вторинної сторін, ми отримуємо:

Де: E₁ представляє викликану електродвижущу силу W₁; E₂ представляє викликану електродвижущу силу W₂; E₃ представляє викликану електродвижущу силу W₃. Більше того, використовуючи T-тип контуру для рівняння двопортової мережі контролюваного реактора, ми можемо отримати:

Нехай I_k = β I_g, і значення індуктивності робочого порту становить:

Коефіцієнт керування реактивним опором становить α, і I_k = αI_g. Зв'язок між реактивним опором робочого порту та α є:

При паралельному підключенні робочого порту до електроенергетичної мережі та вважаючи U₁ сталою, можна отримати наступну систему рівнянь:

Де: I_g і I_k позначають ефективні значення струмів на двох портах; U_k представляє ефективне значення напруги на контрольному порту. Вирішення системи рівнянь у формулі (5) дозволяє отримати показники роботи контролюваного реактора.

2.3 Проектування системи керування

Система керування складається з головного контуру (налаштування залишкової намагніченості магнітних матеріалів) та підсистеми детекції-керування (моніторинг електричних параметрів), які разом працюють, щоб досягти цілей управління. Коли робота мережі вимагає налаштування реактивного опору, головний контур застосовує струми для намагнічування/демагнітуювання матеріалів, тоді як підсистема моніторить навантаження, щоб зберегти параметри оптимальними, забезпечуючи стабільність мережі. Зміни реактивного опору випливають зі змін магнітного стану сердечника. Контролюване прямокутне прямокутне прямокутне прямокутне прямокутне прямокутне прямокутне прямокутне прямокутне прямокутне прямокутне прямокутне прямокутне прямокутне прямокутне прямокутне прямокутне прямокутне прямокутне прямокутне прямокутне прямокутне прямокутне прямокутне прямокутне прямокутне прямокутне прямокутне прямокутне прямокутне прямокутне прямокутне прямокутне прямокутне прямокутне прямокутне прямокутне прямокутне прямокутне прямокутне прямокутне прямокутне прямокутне прямокутне прямокутне прямокутне прямокутне прямокутне прямокутне прямокутне прямокутне прямокутне прямокутне прямокутне прямокутне прямокутне прямокутне прямокутне прямокутне прямокутне прямокутне прямокутне прямокутне прямокутне прямокутне прямокутне прямокутне прямокутне прямокутне прямокутне прямокутне прямокутне прямокутне прямокутне прямокутне прямокутне прямокутне прямокутне прямокутне прямокутне прямокутне прямокутне прямокутне прямокутне прямокутне прямокутне прямокутне прямокутне прямокутне прямокутне прямокутне прямокутне прямокутне прямокутне прямокутне прямокутне прямокутне прямокутне прямокутне прямокутне прямокутне......