Aqlli tarmoq uchun boshqariladigan reaktorlarning konstruktiv dizayni va qo'llanishi

Реакторлар энергетик системаларда реактив кути компенсацияси учун маҳмудий аҳамиятга эга бўлиб, магнит тақидаланган реакторлар изиловчилар томонидан ўзининг иш чоралари ва натижалари ҳақида ўқилади. Аксаро технологиялар ёрдамида ривожланган смарт тармоқ, ҳавфсизлик ва ишончни ошириш, реактив кутидан бошқариш учун таклиф этиладиган талабларни ўстиришга хизмат қилади. Шунинг учин, янги типдаги реакторларни ривожлантириш маҳмудий аҳамиятга эга. Ушбу мақола амалий тажрибаларни кўриб чиқиш илимий изиловларга асосланган структуралаштириш ва қолиқ кути компенсацияси инновацияларини жараёнга киритиш ва смарт тармоқларни қуришни муайян қилишга хизмат қилади.

1 Босқичли босқичлаштириш реакторларининг функцыйалари ва қолиқ кути компенсацияси
1.1 Функциялари

Энергетик тармоқлар үчун, босқичли босқичлаштириш реакторлари тармоқда кутулган қисмини камайтириш, кути коэффициентини 0.9 дан юқори қилиш, осилмаларни камайтириш, демпферлаш чегараларини кенгайтириш, юбориш имкониятини ошириш ва вольтажning ишончли булишини таъминлашга хизмат қилади. Фойдаланувчилар үчун, алар: ① Вольтажни тургун қилиш, трансформаторлар ва башка қурувчиларни ҳимоя қилиш ва қурувчи ҳизмат даврини узайтириш. ② Армоникаларни йўқотиш, қисми кутулган қисмини камайтириш ва ҳавфсизликни ошириш. ③ Вольтажни яракли килиш, энергия сифатини ўстириш. ④ Кутулган қисмини камайтириш, электр энергияси ҳажмини камайтириш. ⑤ Динамик компенсация ёрдамида арзон нархда имкониятларни кенгайтириш.

1.2 Таркиби ва куриш варианти

Босқичли босқичлаштириш реакторлари энергетик системаларда кенг маҳалда қолиқ кути компенсациясида, өзгача энергетика ва ташкилотларда, янги энергетика тармоқларини ишга туширишда ва башка соҳаларда қолиқ кути компенсациясида кенг маҳалда колдонилади. Энергия талаби ўзгарган ва энергия юбориш ва тақсимот тармоқлари янгилашганда, босқичли босқичлаштириш реакторлари боғини ривожлантириш ва қолиқ кути компенсацияси учишга хизмат қилади.

Реакторлар үч турда булинади: магнит тақидаланган, коммутатор ва электрон коммутатор. Магнит тақидаланган реакторлар қолиқ кути компенсациясида узра-узра қолиқ кути компенсацияси, кatta ҳажм ва паст харч ҳақида ҳисоб-китоб қилишга имконият беради, лекин жавоб беради, ҳарч қозон ва армоникалар. Коммутатор реакторлар армоникалар ва қозонларни камайтиришга имконият беради, лекин дискрет қолиқ кути компенсацияси қилишга ҳодиса қилишга мажбур этади. Электрон коммутатор реакторлар узра-узра қолиқ кути компенсацияси қилиш ва тез жавоб беради, лекин армоникалар ва юқори харч ҳақида ҳисоб-китоб қилишга мажбур этади. Магнит тақидаланган реакторлар танланади. Смарт тармоқларга мос келиш учун, материал ва структураларни янгилаш ва янги дизайнироқ қолиқ кути компенсацияси керак.

2 Смарт тармоқларда босқичли босқичлаштириш реакторларининг структурали

Смарт тармоқ, йоки Grid 2.0, икки ёнли алоқа тармоқларининг асосида қурилади. Унда янги қурувчилар, технологиялар ва усуллар ишлатилади, тармоқ ҳавфсизлигини, самаралигини, мухофазагарликчилIGINI va iqtisodiy o‘zgarishlarni oshirish, foydalanuvchilarning energiya sifatini yaxshilash uchun. Boshqariladigan reaktorlar smarts tarmoqlarining qurilishida muhim ahamiyatga ega. Quyidagi nanokompozitsiya magnit materiallariga asoslangan strukturalashni ta’minlaydi.

2.1 Magnit materiallar tanlovi

Nanokompozitsiya magnit materiallari nanokristallik qattiq va yumshoq magnit fazadan iborat. Ularning zarrachalari o‘zaro ta’sir etadi, elektr tokidan keyin bog‘liq bo‘lgan almashish effektini yaratadi. Mikroskopik ravishda, fazalar orasida, magnit momentlari ta’sir etayotganda maydonlarni qayta yo‘naltiradi, bu esa remanentsni oshiradi. Boshqariladigan reaktorlarda: doimiy tok namoyonlash maydonini yaratadi, materialni magnetizatsiya qiladi; o‘tkazgich tok kuchaytirish maydonini demagnetizatsiya qiladi.

Material quyidagicha ishlab chiqariladi: eritma tez sovutish usuli yordamida tayyorlanadi, so‘ng tempering qilinadi, bu uning mikrostrukturasini o‘zgartiradi. Bu zarrachalarni kengaytiradi va mukofotlikni kamaytiradi, boshqarish talablari qanoatlantiriladi.

2.2 Umumiy strukturalash dizayni

Boshqariladigan reaktorning strukturalashi shundan iborat: belgilash tiklamlari, dastur, qutilar, ishchi vintlar, boshqarish vintlari va nanokompozitsiya magnit materiallari. Namoyonlash ustuni, magnit materiallardan va silitsium berill shovqinlardan tashkil topgan, markazda joylashgan. Ishchi vintlar uni ikki tomondan qoplaydi, ulardan eng tashqi qavatlar asosiy magnitli konturlar hisoblanadi. Boshqarish vinti magnit materiallardan o‘tib boradi.

Prinsip: Oddiy tarmoq ishlash jarayonida (harmonika cheklash yoki reaktiv boshqarish talab etilmagan), reaktor voltaj, tok va reaktiv quvvatni aniqlaydi. Bu ma'lumotlar tarmoq holatini baholash uchun boshqarish tizimiga yuboriladi. Harmonika cheklash yoki reaktiv boshqarish uchun, boshqarish tizimi vint tokini o‘zgartiradi. Magnit materiallari namoyonlash orqali reaktivlikni o‘zgartiradi. Parametrlar dizayn talablarga mos kelganda, vint toki qayta o‘zgartiriladi, materiallarni nolga qaytarib, remanentsni nolga tenglashtiradi.

Dizayn shematikasiga ko‘ra, birinchi va ikkinchi tomonda saxlanilgan fluxlar e'tiborga olinmaydi, biz quyidagilarni olamiz:

Bu yerda: E₁ - W₁ ning induktatsiya elektromotiv kuchi; E₂ - W₂ ning induktatsiya elektromotiv kuchi; E₃ - W₃ ning induktatsiya elektromotiv kuchi. T-shaklidan foydalanib, boshqariladigan reaktorni ikki portli tarmoqga moslashtirsa, quyidagilarni olishimiz mumkin:

Tenglikni I_k = β I_g deb qo'ysak, ish rejimining induktansi quyidagicha bo'ladi:

Reaktivlik boshqarish koeffitsienti α, va I_k = αI_g. Ish rejimining reaktivligi va α orasidagi munosabat quyidagicha:

Ish rejimini tarmoqqa parallel ulaganda va U₁ ni doimiy deb qabul qilsa, quyidagi tenglamalar sistemasini olishimiz mumkin:

Bu yerda: I_g va I_k - ikkita portdagi tokning efektiv qiymati; U_k - boshqarish portidagi voltajning efektiv qiymati. Formula (5) tenglamalar sistemasini yechish orqali, boshqariladigan reaktorning ish rejalari ko'rsatkichlarini olishimiz mumkin.

2.3 Boshqarish tizimini dizayn qilish

Boshqarish tizimi asosiy tarmoqdan (magnit materiallarning remanentsini o'zgartirish) va tekshirish-boshqarish podsistemasidan (elektr parametrlarini monitorlash) iborat, birgalikda boshqarish maqsadlarini amalga oshiradi. Agar tarmoq ishlashida reaktivlikni o'zgartirish talab etilsa, asosiy tarmoq toklarni o'tkazib, materiallarni magnetizatsiya/demagnetizatsiya qiladi, podsistema esa yukni monitoring qilib, parametrlarni optimallashtiradi, tarmoqning barqarorligini ta'minlaydi. Reactivlik o'zgarishi markaziy magnit holatining o'zgarishi bilan bog'liq. Boshqariladigan tozlamoq millisekundlik darajada AC chiqishni ta'minlaydi, tez magnit holatini o'zgartirish talablarini qondiradi. Tizim reaktor uchun buyruqlar beradi, harmonikalarni cheklash va reaktiv quvvatni boshqarish, tarmoqning barqarorligini saqlash uchun.

Ishlash jarayoni: 1) Tarmoq holatini aniqlang, parametrlarni to'plash, va barqarorlikni baholang. 2) Voltaj osilishi yoki harmonikalarning paydo bo'lishi holatida, reaktorning boshqarish tizimi buyruqlar beradi. 3) Asosiy tarmoq o'zgaruvchan induktatsiyani chiqaradi; materiallar magnetizatsiya qilinadi, remanents va markaziy holat o'zgaradi, reaktorning induktatsiyasi o'zgaradi. 4) O'zgartirishdan keyin, induktatsiyani qayta o'zgartirib, materiallarni demagnetizatsiya qiling va reaktorni qayta tiklang. Matlab simulatsiyalari tizimning to'g'riligini tekshirdi: 15 A magnetizatsiya tok va 220 V demagnetizatsiya voltaji, to'g'ri qoida bo'lgan formasiga ega, magnetizatsiya/demagnetizatsiya talablarini qondiradi.

3 Reaktivlikni o'zgartirishning tajribaviy tahlili

Reaktorning reaktivlikni o'zgartirish imkoniyatini tekshirish uchun, dizayn va simulatsiyalarga asosan prototip va qo'shimcha boshqarish tizimi yaratildi. Tajribalar induktatsiya tarqalish xususiyatlarini tahlil qilish va tarmoqda energiya sifatinig o'zgarishini baholash uchun olib bordi.

3.1 Boshqariladigan reaktorning barqarorligi

Tajribada, boshqariladigan reaktorning volt-amper xarakteristik ketti va ish rejimining tok ketti chizilish uchun ma'lumotlar to'plandi. Natijalar quyidagilarni ko'rsatadi: ① Voltaj qiymati o'sishi bilan, ish rejimining toki o'sadi, va ular o'rtasida xatti munosabat mavjud, bu esa turli magnetizatsiya voltajlari holatida, induktatsiya qiymati nisbatan doimiy davrda ekanligini ko'rsatadi. ② Magnetizatsiya voltaj 0-35 V bo'lganda, induktatsiya 0.74 H dan 0.61 H gacha pasaydi, va induktatsiya chiqishi barqaror, suzuvchi o'zgarish talablarini qondiradi. Induktatsiya o'zgarishi magnetizatsiya voltaj bilan bog'liq bo'lgan jadval 2 da ko'rsatilgan.

Bu tadqiqotda, boshqariladigan reaktorning induktatsiya qiymati o'zgarishi, magnit materiallarning magnetizatsiya va demagnetizatsiya orqali amalga oshiriladi, bu esa navbatan boshqarish vintiga o'tkaziladigan doimiy va o'zgaruvchi tokka bog'liq. Bu operatsiya ish rejimiga ham taklif etadi. Shuning uchun, uning ish rejimining qisqa muddatli jarayonini yanada tahlil qilish kerak. Bu uchun, aralash sohalarda oscilloscope yordamida, magnet materiallarning magnetizatsiya va demagnetizatsiya jarayonlari davomida tok formasini to'plash uchun ishlatildi. Natijalar, reaktorning tez javob berayotganini, va magnetizatsiya tugallanganidan keyin tok formasining barqaror holatda ekanligini ko'rsatadi.

3.2 Induktatsiya qiymatining o'lchangan natijalari

Boshqariladigan reaktorning haqiqiy ishlash jarayonida, turli magnetizatsiya voltajlari qo'yilganda olingan induktatsiya qiymatlari Jadvol 3 da ko'rsatilgan. Tahlil quyidagilarni aniqlaydi: ① Reaktorning induktatsiya qiymati, magnit materialning remanentsi o'zgarishi bilan qat'iy linear ravishda o'zgaradi. Bu, DC voltajning o'smoqqa o'xshash o'zgarishlari bilan ham induktatsiya qiymatini samarali o'zgartirish mumkinligini anglatadi. ② Magnit materialning magnit holatini aniq boshqarish orqali, boshqariladigan reaktor induktatsiya qiymatini samarali o'zgartira oladi, shuning uchun elektr tarmog'ida reaktiv quvvatni samarali kompensatsiya qilishni ta'minlaydi.

3.3 Elektr tarmog'idagi energiya sifatinig o'zgarishi

Elektr tarmog'ida, transformatorning yuqori voltaj tomonidagi tok va voltaj o'zgarishlari, boshqariladigan reaktor ishlatilishidan oldin va keyin yozib olingan, va harmonikalarning xususiyatlari kuzatildi. Natijalar Jadvol 4 da ko'rsatilgan. Tahlil quyidagilarni aniqlaydi: ① Boshqariladigan reaktor ishlatilishidan oldin, transformatorning yuqori voltaj tomonidagi tok va voltaj o'zgarishlari murakkab bo'lgan, va ularning formasida qoidalarga rioya etilishi yo'q edi; boshqariladigan reaktor ishlatilishidan keyin, yuqori voltaj tomonidagi tok va voltaj formasida o'zaro aloqalar ko'rinadi. ② Boshqariladigan reaktor ishlatilishidan keyin, harmonikalarning miqdori kamaydi, faollash quvvati oshadi, va energiya sifati o'zaro aloqalar ko'rinadi.

4 Xulosa

Yaqinda, reaktorlar elektr tarmog'ida muhim ahamiyatga ega, voltajni barqaror qilish, harmonikalarni cheklash, osilishlarni dempferlash va quvvat faktorini oshirishda muhim roldagi. Mavjud turli reaktorlar orasida, mukammal reaktivlikni o'zgartirish, katta hajm va arzon narxga ega bo'lgan mukammal reaktivlikni o'zgartirish reaktorlari elektr tarmog'ida keng qo'llaniladi. Mukammal reaktivlikni o'zgartirish reaktorlarining javob berish tezligi past va zararli osilishlarni hal qilish uchun, bu izilov mukammal reaktivlikni o'zgartirish reaktorini nanokompozitsiya magnit materiallardan ishlab chiqishga qaratilgan.

Tajribaviy xulosalar: ① Reaktor tez javob beradi, va magnetizatsiya tugallanganidan keyin tok formasining barqaror holatda ekanligini ko'rsatadi. ② Har qanday DC voltajning o'smoqqa o'xshash o'zgarishi bilan ham induktatsiya qiymatini samarali o'zgartirish mumkin. Magnit materialning magnit holatini aniq boshqarish orqali, reaktor induktatsiya qiymatini samarali o'zgartira oladi, shuning uchun elektr tarmog'ida reaktiv quvvatni samarali kompensatsiya qilishni ta'minlaydi. ③ Qo'llanilishidan keyin, yuqori voltaj tomonidagi tok va voltaj formasida va energiya sifati o'zaro aloqalar ko'rinadi, bu smart tarmoqni rivojlantirish uchun mos keladi. Kelajakda, yangi materiallar, texnologiyalar va jarayonlar orqali, boshqariladigan reaktorlar smart tarmoq talablariga mos kelish uchun optimallashtiriladi va tarmoqning barqaror ishlashini ta'minlaydi.