Dawerên Dîkanekeyan DC Bajarî û Tirşînên Wehazanan
Cihazên bresivkirina kirîna DC nîvînan nîvîn destûr dana li ser virgurdanîn di keferên, metrokanê bajar, trenên elektrik, mikro-sisteman (otomobîlên elektrik), cihanandina wan (şevî roj), û sisteman ber baterî (data centers).
Nirxa nîvînan nîvîn di nav kirî de ya ku jêrî ye dikare bi amplitûdên mezin ê bresivkirin. Herî weha, ji ber ku rûpelên transformatoran neyê yekîneyên gavên dema xwe ji bilî sisteman DC, dema xweya girîng dikare werbigire û bresivkirina ku divê digerîne dikare vêjî rey bimehine. Weha dikare ku hêla nihaşk eke ve were, ku hewce ye ku hêza DC têkiliye be 80% ya nominal biguhere bikar bînin da ku istasyonê VSC (Voltage Source Converter) be şekilde normal bike.
Di nav barkerînên barkerînê de, bresivkirina divê ji bo gerîn barkerînên barkerînê di hejmarî milîsekand de biguherîne, tevahî ji bo istasyonan neyê hatiye li sernava xabûr û kabl.
Tirazên cihazên bresivkirina kirîna DC nîvînan nîvîn ji bo bazar:
Sê tirazên sereka cihazên bresivkirina LVDC û MVDC an jî SSCBs (Solid-State Circuit Breakers), MCBs (Mechanical Circuit Breakers), û HCBs (Hybrid Circuit Breakers) ku hûn SSCB bi UFMS (Ultra-Fast Mechanical Switch) paralel in.
MCBs konvansiyonel ber havî û SF6-based LV û MV AC heneke ku heneke guhertina DC dibane yên din derbasdar in, ji ber ku tenê hejmarek kilovolt û amper dibane.
Cihazên bresivkirina kirîna DC nîvînan nîvîn solid-state:
Topolojiyên ji bo SSCBs zêde hatine ber çend Integrated Gate Commutated Thyristors (IGCTs), Gate Turn-Off Thyristors (GTOs), an Insulated Gate Bipolar Transistors (IGBTs) paralel. Herî weha, dema cevabinê yekêmê çend, pirsaşekî ye ku guhertinên li ser stîve ya wê zêde hatine ber 15-30% ya guhertinên VSC station.
Bihayê yekêmê ku çend yên parçeyên, çareserî nîşang, û kapasîtî ya termal yekêmîne ne.
Şekil 1 tiyêra cihazên bresivkirina kirîna DC nîvînan nîvîn solid-state nîşan dide:
Şekil 1: a) Cihazê bresivkirina kirîna DC IGCT-based medium voltage bi-directional solid-state, (b) Cihazê bresivkirina kirîna DC IGCT-based medium voltage bi-directional solid-state, (c) Cihazê bresivkirina kirîna DC GTO-based bidirectional solid-state
Çend topolojiyên SSCB hatine pêşniyariyekirin. Lakin, ji bo herî weha, ji bo hêzên ≤ 1 kV, paqos ji bo dîmên ≤ 1000 A. Li bêrî, yekêmîn pirsaşekî SSCB teknolojîyê ye ku guhertinên li ser stîv yekêmîne ne, û ji bo hêzên MV SSCB ku hêza MV têkiliye be 6-15 kV, ji bo hêzên dîmên têkiliye ku tenê 1000 A, lê kapasîtîya dîmê ku hewce ye ku hêza têkiliye be MWs tevahî be tevahîda 3P:3*3.72 MW.
Berî, daneyê ku hêza têkiliye 10 MW ji bo arşîtektureyên MVDC ya dîrokî ya dawî heneke yekêmîne ne. Teknolojîyên semikonduktorê ya dîmê neyê hewceya hêzên dîmê, bibe ku SSCBs ji bo arşîtektureyên MVDC ya dîrokî ya dawî neyê hewceya disegnerîna compact cost-effective bixebitîne. Ji bo vê li ser, blowerên havî yên mezin bi kapasîtîya 6000 cubic feet per minute û/va active water cooling hewce ne ji bo guhertinên li ser stîv yên multi-kilowatt yên hêzên dîmê.
Cihazên bresivkirina kirîna DC nîvînan nîvîn hybrid (HCBs):
Cihazên bresivkirina kirîna DC nîvînan nîvîn hybrid (HCBs) girîng dikin ji bo rêzikê dîmê û rêzikê bresivkirin.
Cihazê bresivkirina hybrid dikare guhertinên li ser stîv yên ultrafast switch bi performansa çend SSCB paralel bikat. Cihazê bresivkirina sereki bi SSCBs paralel û serî bixin kirin.
Modular HCB û modulek ji bo hêza têkiliye û dîmê, û guhertinên dîmê 6.2 kV, û 600 A, respectively.
Li bêrî, arc chamber ya ultrafast switch hewce ye ku hêza têkiliye bexweziye bi karîn û paralel philosophy modules. Ji bo hêzik SSCB û HCB, RCD (Residual Current Disconnector) û shunt resistor ji bo mînandan dîmê hewce ne, Şekil 2 nîşan dide. Kema dîmê barîk bike, RCD vekirin, sistem isolike, û herî weha dîmê bikerin.
Şekil 2: Cihazê bresivkirina kirîna DC nîvînan nîvîn hybrid
UFMS ya path sereki hewce ye ku hêza têkiliye bexweziye bi karîn û paralel IGBT breaker. Rdson ya auxiliary DC breaker, 2 kA, û fast mechanical switch hewce ne ku 20 mW bexweze bi karîn. Bi karîn UFMS, guhertinên li ser stîv û hêza forward yekêmîne ne.
Disegnerîna pêşniyariyekirin dikare ji bo HCBs high voltage ji bo ABB û Alstom, (1) guhertinên semiconductor li ser stîv ne, (2) circuit control hewce ye ku basîter bexweze, (3) "Power Electronic Switch" ji bo path sereki, hewce ne. Yek UFMS dikare ji bo "Power Electronic Switch" û fast disconnector proposed by ABB ji bo path sereki bexweze.
Lakin, hewce ye ku UFMS contact resistance ne ku hêza têkiliye electromechanical contacts û hewce ye ku withstand holding force capability of 4.45×10-7 I2 N (i.e > 178 N for 10x in-rush at 2 kA rated with safety factor 2x or 356 N).
Ultrafast Mechanical Switch ji bo cihazê bresivkirina kirîna DC nîvînan nîvîn hybrid:
Pirsên ji bo realizasyonê (1) ya ultrafast switches ji bo hêzên MV, (2) ya buildup of the arc voltage for commutation, (3) ya disegnerîna RCB. Berî, javokhên ji bo hemî pirsan evet, ji bo vê li ser.
Electromagnetic Thomson coil (TC) actuators operating based on attractive or repulsive forces between current-carrying conductors are very suitable for fast switching because they can achieve high accelerations through precise control. So far, two techniques based on TC have been proposed and well-elaborated for ultra-fast mechanical switches, where the one with series coils outperformed the one based on induction in terms of efficiency. These two techniques were also compared by Multiphysics finite element modeling.
A single phase 12 kV (nominal voltage) and 2 kA (nominal current) / 20 kA (short circuit) fault-current limiting circuit breaker (FCLCB) and 24 kV, 3 kA / 40 kA FCLCB enabling the arc to be extinguished without any forced arc cooling within 100-300 μs were designed, built.
The induction-based fast switch with a rated current of 7 kA accelerates an HCB contact of ~2 kg with an initial acceleration of ~44,900 m/s2 that results in 4 mm contact separation after ~422 μs, enough to withstand a rated switch voltage of 3 kV .
This fast motion should be damped at the end of travel to prevent over-travel, bounce, fatigue, and other undesirable effects.
