سمارٹ گرڈز کے لئے کنٹرول کیلبل ریاکٹرز کا ساختی طراحی اور اطلاق

ریاکٹرز بجلی کے نظاموں میں ریاکٹیو طاقت کی تلافی کے لئے اہم ہیں، جس میں میگنیٹک طور پر کنٹرول شدہ ریاکٹرز تحقیق کا مرکزی موضوع ہیں۔ سمارٹ گرڈ، جو متقدم ٹیکنالوجی کے ذریعے روایتی گرڈ کو اپ گریڈ کرتا ہے، سلامتی اور قابلِ اعتمادیت کو بڑھاتا ہے، کنٹرول شدہ ریاکٹروں کی مانگ بڑھاتا ہے۔ اس لئے، نئے قسم کے ریاکٹروں کو تیار کرنا ضروری ہے۔ یہ مقالہ، عملی تجربات کے ساتھ، ان کے ساختی ڈیزائن اور اطلاق کا جائزہ لیتا ہے تاکہ نوآوری کو فروغ دے اور سمارٹ گرڈ کی تعمیر کو بہتر بنائے۔

1 کنٹرول شدہ ریاکٹروں کے فنکشن اور اطلاق کی حالت
1.1 فنکشن

گرڈ کے لئے، کنٹرول شدہ ریاکٹروں سے نیٹ ورک کی نقصانات کم ہوتی ہیں، طاقت کا فیکٹر 0.9 سے اوپر بڑھتا ہے، آونچل کم ہوتا ہے، ڈیمپنگ کی حدود بڑھتی ہیں، منتقلی کی صلاحیت بڑھتی ہے، اور ولٹیج کی استحکام بڑھتی ہے۔ صارفین کے لئے، وہ: ① ولٹیج کو مستحکم کرتے ہیں، ٹرانسفورمر جیسے معدات کی حفاظت کرتے ہیں، اور خدمات کی مدت بڑھاتے ہیں۔ ② ہارمونکس کو ختم کرتے ہیں، نقصانات کم کرتے ہیں، اور سلامتی کو بہتر بناتے ہیں۔ ③ ولٹیج کی لمبائی کو کم کرتے ہیں، بجلی کی کوالٹی کو بہتر بناتے ہیں۔ ④ زیادہ مطالبات والے صارفین کے لئے ریاکٹیو نقصانات کو کم کرتے ہیں، بجلی کی لاگت کو کم کرتے ہیں۔ ⑤ کم لاگت سے ڈائنامک کمپنزیشن کے ذریعے صلاحیت کی توسیع کی اجازت دیتے ہیں۔

1.2 اطلاق کی حالت

کنٹرول شدہ ریاکٹروں کو بجلی کے نظاموں میں وسیع طور پر استعمال کیا جاتا ہے، جیسے بجلی کی کمپنیوں میں، صنعتی کمپنیوں میں، نیو اینرجی کی تولید میں اور دیگر شعبوں میں۔ بجلی کی مانگ کے اضافے اور بجلی کے منتقلی اور تقسیم گرڈز کی اپ گریڈ کے ساتھ، کنٹرول شدہ ریاکٹروں کی بازار کی مانگ بھی بڑھ رہی ہے۔

ریاکٹروں کو تین قسموں میں تقسیم کیا جاتا ہے: میگنیٹک کنٹرول، سوئچ ٹھروس، اور الیکٹرانک سوئچ کنٹرول۔ میگنیٹک کنٹرول ریاکٹروں کو مسلسل تنظیم کی اجازت ہوتی ہے، بڑی صلاحیت، اور کم لاگت لیکن کند ردعمل، زیادہ نقصان کی لرزش، اور ہارمونکس ہوتے ہیں۔ سوئچ ٹھروس کے پاس لرزش/ہارمونکس کی روک تھام ہوتی ہے لیکن وہ غیر مسلسل تنظیم کرتے ہیں، جس کی وجہ سے استعمال محدود ہوتا ہے۔ الیکٹرانک سوئچ کے قسم کو مسلسل تنظیم کی اجازت ہوتی ہے، تیز ردعمل لیکن ہارمونکس اور زیادہ لاگت کا سامنا کرتے ہیں۔ میگنیٹک کنٹرول ریاکٹروں کو ترجیح دی جاتی ہے۔ سمارٹ گرڈ کے لئے، میٹریل/ساختی اپ گریڈز اور نئے ڈیزائن کی ضرورت ہوتی ہے۔

2 سمارٹ گرڈز میں کنٹرول شدہ ریاکٹروں کا ساختی ڈیزائن

سمارٹ گرڈ، یا گرڈ 2.0، دو طرفہ کمیونیکیشن نیٹ ورکس پر بنیاد رکھتا ہے۔ یہ نئے معدات، ٹیکنالوجی، اور طریقوں کا استعمال کرتا ہے تاکہ گرڈ کی سلامتی، کارکردگی، ماحولی مطابقت، اور معیشت کو بہتر بنائے، صارفین کی بجلی کی کوالٹی کی ضروریات کو بہتر طور پر پورا کرے۔ کنٹرول شدہ ریاکٹروں کو سمارٹ گرڈ کی تعمیر کا اہم حصہ ہے۔ نیچے نانوکامپوزٹ میگنیٹک میٹریلز کے بنیاد پر ان کا ساختی ڈیزائن درج ہے۔

2.1 میگنیٹک میٹریلز کا انتخاب

نانوکامپوزٹ میگنیٹک میٹریلز نانوکرسٹلن ہارڈ اور سافٹ میگنیٹک فیزیں شامل ہوتی ہیں۔ ان کے گرینز کا تعامل ہوتا ہے، جس سے کرنٹ کے تحت کوپلڈ ایکسچینج ایفیکٹ پیدا ہوتا ہے۔ مائیکروسکوپک طور پر، فیز کے درمیان وسائل پر میگنیٹک مومنٹس کے فیلڈ کو دوبارہ متعین کرتے ہیں، ریماننس کو بڑھاتے ہیں۔ کنٹرول شدہ ریاکٹروں میں: DC کو ونڈنگ کو ایکسائٹیشن فیلڈ بناتا ہے، میٹریل کو میگنیٹائز کرتا ہے؛ AC کو ایٹنیویشن فیلڈ بناتا ہے، اسے ڈی-میگنیٹائز کرتا ہے۔

میٹریل کو میلت ریپڈ کوئینچنگ کے ذریعے تیار کیا جاتا ہے، پھر ٹیمپرنگ کے ذریعے اپنی مائیکرو سٹرکچر کو تبدیل کرتا ہے۔ یہ گرینز کو بڑھاتا ہے اور کوئرسیوٹی کو کم کرتا ہے، تنظیم کی ضروریات کو پورا کرتا ہے۔

2.2 کلیہ ساختی ڈیزائن

کنٹرول شدہ ریاکٹر کی ساخت تائی راڈز، آئرن کور، کلیمپس، ورکنگ ونڈنگز، کنٹرول ونڈنگز، اور نانوکامپوزٹ میگنیٹک میٹریلز پر مشتمل ہوتی ہے۔ ایکسائٹیشن کالم، میگنیٹک میٹریلز اور سلیکون سٹیل شیٹس سے بنی، کینٹر میں واقع ہوتا ہے۔ اس کے دونوں طرف ورکنگ ونڈنگز ہوتی ہیں، جن کے بیرونی لیئرز کے طور پر میں میگنیٹک سرکٹس کے طور پر کام کرتے ہیں۔ کنٹرول ونڈنگ میگنیٹک میٹریلز کے گرد لپیٹا ہوتا ہے۔

پرنسپل: عام گرڈ کے آپریشن (ہارمونکس کی روک تھام/ریاکٹیو تنظیم کی ضرورت نہ ہو) کے دوران، ریاکٹر ولٹیج، کرنٹ، اور ریاکٹیو طاقت کو ڈیٹیکٹ کرتا ہے۔ یہ ڈیٹا کنٹرول سسٹم کو گرڈ کی حالت کے مطالعے کے لئے جاتا ہے۔ ہارمونکس کی روک تھام یا ریاکٹیو تنظیم کے لئے، کنٹرول سسٹم ونڈنگ کرنٹ کو تنظیم کرتا ہے۔ میگنیٹک میٹریلز میگنیٹائزشن کے ذریعے ریاکٹنس کو تبدیل کرتے ہیں۔ جب پیرامیٹرز ڈیزائن اسپیکس کو پورا کرتے ہیں، تو ونڈنگ کرنٹ کو دوبارہ تنظیم کیا جاتا ہے تاکہ میٹریل کو صفر ریماننس تک ڈی-میگنیٹائز کیا جا سکے۔

ڈیزائن کرکٹ کے مطابق، پرائمری-اور سیکنڈری-سائیڈ لیکیج فلکس کو نظرانداز کرتے ہوئے، ہم کو ملتا ہے:

جہاں: E₁ W₁ کا میگنیٹک فیلڈ کی نمائندگی کرتا ہے؛ E₂ W₂ کا میگنیٹک فیلڈ کی نمائندگی کرتا ہے؛ E₃ W₃ کا میگنیٹک فیلڈ کی نمائندگی کرتا ہے۔ مزید، T-ٹائپ کرکٹ کا استعمال کرتے ہوئے کنٹرول شدہ ریاکٹر کے ٹو-پورٹ نیٹ ورک کو مساوی کیا جا سکتا ہے:

I_k = β I_g کو مان لیں، اور ورکنگ پورٹ کی انڈکٹنس کی قدر ہے:

ریاکٹنس کنٹرول کوئفیشنٹ α ہے، اور I_k = αI_g ہے۔ ورکنگ پورٹ کی ریاکٹنس اور α کے درمیان تعلق ہے:

کامپورٹ کو برقی شبکے کے ساتھ متوازی طور پر جوڑنے اور U₁ کو مستقل سمجھنے سے، نیچے دیا گیا مساوات کا نظام حاصل کیا جا سکتا ہے:

جہاں: I_g اور I_k دونوں پورٹس پر درجہ اول کرنٹ کی قدر کو ظاہر کرتے ہیں؛ U_k کنٹرول پورٹ پر ولٹیج کی قدر کو ظاہر کرتا ہے۔ فارمولہ (5) کے مساوات کا نظام حل کرکے ہم کنٹرول کیلے کے آپریشنل کارکردگی کے شاخص حاصل کر سکتے ہیں۔

2.3 کنٹرول سسٹم ڈیزائن

کنٹرول سسٹم میں ایک مرکزی سرکٹ (میگنیٹک مادے کی ریماننس کو تبدیل کرنے والا) اور ایک ڈیٹیکشن-کنٹرول ذیلی سسٹم (برقی پیرامیٹرز کا مانیٹرنگ) شامل ہوتا ہے، جو مل کر منصوبہ بنانے کے مقاصد کو حاصل کرتے ہیں۔ جب برقی شبکہ کی عمل میں ریکٹینس کی تبدیلی کی ضرورت ہوتی ہے تو مرکزی سرکٹ میگنیٹائزیشن/ڈیمیگنیٹائزیشن کے لئے کرنٹ لگاتا ہے، جبکہ ذیلی سسٹم لوڈز کا مانیٹرنگ کرتا ہے تاکہ پیرامیٹرز کو بہترین رکھا جا سکے، یہ برقی شبکہ کی استحکام کو یقینی بناتا ہے۔ ریکٹینس کی تبدیلی کا باعث کور کی میگنیٹک حالت کی تبدیلی ہوتی ہے۔ کنٹرول کیلے کی مدد سے ملی سیکنڈ کی سطح پر اے سی آؤٹ پٹ حاصل کیا جا سکتا ہے، جو تیز میگنیٹک حالت کی تبدیلی کی ضرورت کو پورا کرتا ہے۔ سسٹم کنٹرول کیلے کو کمانڈ دیتا ہے تاکہ ہارمونکس کو کم کرے اور ریاکٹو پاور کو کنٹرول کرے، برقی شبکہ کی استحکام کو برقرار رکھے۔

عمل کا عمل: 1) برقی شبکہ کی حالت کا تعین کریں، پیرامیٹرز کا مجموعہ کریں، اور استحکام کا جائزہ لیں۔ 2) جب ولٹیج کی تبدیلی یا ہارمونکس کی وقوع ہوتی ہے، کنٹرول کیلے کا سسٹم کمانڈ دیتا ہے۔ 3) مرکزی سرکٹ کو معدّل کیلے کا آؤٹ پٹ دیتا ہے؛ مادے کی میگنیٹائزیشن کے ذریعے، ریماننس/کور کی حالت کو تبدیل کرتا ہے اور اس طرح کیلے کو معدّل کرتا ہے۔ 4) معدّل کرنے کے بعد، مادے کو ڈیمیگنیٹ کرنے کے لئے معدّل کیلے کو واپس کرتا ہے اور کیلے کو ری سیٹ کرتا ہے۔ میٹلب سیمیولیشن کے ذریعے سسٹم کی صحت کی تصدیق کی گئی ہے: 15 اے میگنیٹائزیشن کرنٹ اور 220 وولٹ ڈی میگنیٹائزیشن ولٹیج کے ساتھ مستقر ویو فارمز، میگنیٹائزیشن/ڈی میگنیٹائزیشن کی ضرورت کو پورا کرتے ہیں۔

3 ریکٹینس کی معدّلت کی تجربی تجزیہ

کنٹرول کیلے کی ریکٹینس کی معدّلت کی صلاحیت کو تصدیق کرنے کے لئے، ڈیزائن اور سیمیولیشن کے مطابق ایک پروٹوٹائپ اور معاون کنٹرول سسٹم تعمیر کیا گیا تھا۔ تجربات میں انڈکٹنس کی تقسیم کی خصوصیات کا تجزیہ کیا گیا اور برقی شبکہ کی طاقت کی کوالٹی کی تبدیلی کا جائزہ لیا گیا۔

3.1 کنٹرول کیلے کی استحکام

تجربے میں، معلومات مجموع کی گئیں تاکہ کنٹرول کیلے کی ولٹ - ایمپیئر کی خصوصیات کی کریو اور آپریشنل کرنٹ کی کریو بنائی جا سکے۔ نتائج ظاہر کرتے ہیں کہ: ① جب ولٹیج کی قدر بڑھتی ہے تو کام کرنے والے ونڈنگ کا کرنٹ بڑھتا ہے، اور دونوں کے درمیان لکیری تعلق ہوتا ہے، یہ ظاہر کرتا ہے کہ مختلف میگنیٹائزیشن ولٹیجز کے تحت انڈکٹنس کی قدر کسی حد تک مستقل رہتی ہے۔ ② جب میگنیٹائزیشن ولٹیج 0-35 وولٹ ہوتا ہے تو انڈکٹنس 0.74 ایچ سے 0.61 ایچ تک کم ہوجاتا ہے، اور انڈکٹنس کا آؤٹ پٹ مستقر ہوتا ہے، معدّل کرنے کی ضرورت کو پورا کرتا ہے۔ میگنیٹائزیشن ولٹیج کے ساتھ انڈکٹنس کی تبدیلی کو جدول 2 میں ظاہر کیا گیا ہے۔

اس مطالعے میں، کنٹرول کیلے کی انڈکٹنس کی قدر کی تبدیلی میگنیٹک مادوں کی میگنیٹائزیشن اور ڈی میگنیٹائزیشن کے ذریعے حاصل کی گئی ہے، جو کنٹرول ونڈنگ میں داخل کیے گئے الٹرنیٹنگ کرنٹ اور ڈائریکٹ کرنٹ پر منحصر ہوتی ہے۔ یہ عمل کام کرنے والے ونڈنگ کو بھی اختلال پہنچاتا ہے۔ اس لئے، اس کے کام کرنے کے عبوری عمل کا مزید تجزیہ کرنے کی ضرورت ہوتی ہے۔ اس کے لئے، مکسڈ ڈومین آسیلیسکوپ کا استعمال کرتے ہوئے میگنیٹک مادوں کے میگنیٹائزیشن اور ڈی میگنیٹائزیشن کے دوران کرنٹ کی ویو فارمز کو مجموع کیا گیا ہے۔ نتائج ظاہر کرتے ہیں کہ کیلے تیزی سے ردعمل کرتا ہے، اور میگنیٹائزیشن کے مکمل ہونے کے بعد کرنٹ کی ویو فارم مستقر حالت میں رہتی ہے۔

3.2 انڈکٹنس کی قدر کے میسنجرڈ نتائج

کنٹرول کیلے کے عمل کے دوران، مختلف میگنیٹائزیشن ولٹیجز کا استعمال کرتے ہوئے حاصل کی گئی انڈکٹنس کی قدر جدول 3 میں دکھائی گئی ہے۔ تجزیہ ظاہر کرتا ہے کہ: ① کیلے کی انڈکٹنس کی قدر میگنیٹک مادے کی ریماننس کی تبدیلی کے ساتھ تقریباً لکیری طور پر تبدیل ہوتی ہے۔ یہ مطلب ہے کہ ڈی سی ولٹیج کی چھوٹی تبدیلی بھی کیلے کی انڈکٹنس کی قدر کو موثر طور پر معدّل کر سکتی ہے۔ ② میگنیٹک مادے کی میگنیٹک حالت کو معدّل کرنے کے ذریعے، کنٹرول کیلے کو انڈکٹنس کی قدر کو مフレکسیبل طور پر تبدیل کیا جا سکتا ہے، جس سے برقی لائن میں ریاکٹو پاور کی موثر معاوضہ کی جا سکتی ہے۔

3.3 برقی شبکہ کی طاقت کی کوالٹی میں تبدیلیاں

برقی سسٹم میں، کنٹرول کیلے کا استعمال کرنے سے قبل اور بعد ترانسفارمر کی بالا ولٹیج کی طرف کرنٹ اور ولٹیج کی تبدیلی کو ریکارڈ کیا گیا تھا، اور ہارمونکس کی خصوصیات کا مشاہدہ کیا گیا تھا۔ نتائج جدول 4 میں دکھائی گئی ہیں۔ تجزیہ ظاہر کرتا ہے کہ: ① کنٹرول کیلے کا استعمال کرنے سے قبل، بالا ولٹیج کی طرف کرنٹ اور ولٹیج کی تبدیلی پیچیدہ تھی، اور ان کی ویو فارمز کو کوئی منظم خصوصیات نہیں تھیں؛ کنٹرول کیلے کا استعمال کرنے کے بعد، بالا ولٹیج کی طرف کرنٹ اور ولٹیج کی ویو فارمز میں بہتری آئی اور ان کو واضح منظم خصوصیات ملا۔ ② کنٹرول کیلے کا استعمال کرنے کے بعد، ہارمونکس کی مقدار کم ہوگئی، فعال طاقت میں اضافہ ہوا، اور طاقت کی کوالٹی میں بہتری آئی۔

4 نتیجہ

نیچے کے نتائج کے مطابق، کیلے برقی سسٹم میں ایک اہم کردار ادا کرتے ہیں، جن کی مدد سے ولٹیج کو مستقر کیا جا سکتا ہے، ہارمونکس کو کم کیا جا سکتا ہے، اوسیلیشن کو دبانا جا سکتا ہے، اور پاور فیکٹر کو بڑھایا جا سکتا ہے۔ موجودہ قسموں میں سے، میگنیٹکلی کنٹرولڈ کیلے، جن میں مسلسل ریکٹینس کی معدّلت، بڑی کیپیسٹی، اور کم قیمت ہوتی ہے، برقی سسٹم میں وسیع طور پر استعمال ہوتے ہیں۔ میگنیٹکلی کنٹرولڈ کیلے کی کند ردعمل اور زیادہ نقصانی ویبریشن کے مسئلے کو حل کرنے کے لئے، یہ مطالعہ نینو کامپوزیٹ میگنیٹک مادوں کا استعمال کرتے ہوئے ایک کنٹرول کیلے کا ڈیزائن کرتا ہے۔

تجربیات کے نتائج: ① ریاکٹر تیزی سے جواب دیتا ہے، میگنیٹائزشن کے بعد استحکام سے کرنٹ ویو فارمز ہوتے ہیں۔ ② بھی نازک ڈی سی ولٹیج کے تبدیلیوں سے انڈکٹنس کو موثر طور پر تنظیم کیا جا سکتا ہے۔ میٹریئل کے میگنیٹک حالت کو درست تنظیم کرتے ہوئے، ریاکٹر انڈکٹنس کو لچکدار طور پر تبدیل کرتا ہے تاکہ پاور لائن میں ریاکٹیو پاور کو معاوضہ کیا جا سکے۔ ③ اپلیکیشن کے بعد، بالائی ولٹیج کے جانب کرنٹ/ولٹیج ویو فارمز اور پاور کوالٹی میں قابل ذکر بہتری آتی ہے، جو اسمارٹ گرڈ کی ترویج کے لئے مناسب ہے۔ مستقبل میں، نئے میٹریئل، ٹیکنالوجیز اور پروسیسز کے ساتھ، کنٹرولبل ریاکٹرز کو اسمارٹ گرڈ کی ضروریات کو بہتر طور پر پورا کرنے اور گرڈ کے استحکام کو یقینی بنانے کے لئے بہتر بنایا جائے گا۔