Euskarazko sistema adarr-erakuskizunen ahulko indarraren mugagailuen optimala erresistentziako hautapena IEE-Business-eko adin-egonkor transmitizio sistemetan

1 Aitortu Superkonduktiboa Derrigarkiak Murrizten Dituen Gailua

1.1 Lanbide Oinarrizkoa

Energia elektrikoaren sarea eskalatzen doanean, herriko sistema elektrikoetako itotzeko kapazitatea azkar handitzen da, hau sarrerako eta erabilera gisa desafio handi bat izan dezakeena. Itotzeko korronte asko problemari aurre egiteko, superkonduktibotasunaren oinarrian oinarritutako derrigarkiak murrizten dituzten gailuak (SFCLs) hartzen dituzte kontsumoa. SFCLen alde bat, derrigarkiak murrizten dituen gailuak, haien amortasuna handia bi motatan sailkatzeko ahal dira: aitortu eta induktiboa.

Honetako, aitortu superkonduktiboa derrigarkiak murrizten dituen gailuak egitura sinplea, tamaina txikia eta pisua txikia du, bere lanbide oinarrizkoa argia. Hauts-bihurketan sartzean, bere murrizko impedimentua aske handitu egin du, korronte okerra ondo murrizteko ahalmena handia ematen duena. Gehienbat, gailuaren kapazitatea superkonduktoreen konfigurazio serie edo paralelo bidez dohainekin dozeratu daiteke. Urte berehietan, temperatura arruntaren superkonduktoreen materialen aurrerapenak eman direnez, ikasketen eta industrian aitortu SFCLak etorkizuneko garapenerako norabidea nagusia bezala hartzen dira.

Korronte kritikoa, indarra magnetikoa kritikoa eta tenperatura kritikoa, superkonduktorea superkondukzio egoeran dagoen adierazten duten parametro fisiko nagusiak dira. Parametro horietako bat betiere balio kritikoarekin gainditzen bada, superkonduktorea superkonduktorotasunetatik apagatara pasatzen da. Apaga-prozesua bi faseetan datza: lehenik, fluxu-erakunde egoera, eta ondoren, urrezko resistente egoera. Korronte-dentsitatea superkonduktorean zehar igaro baldin badu superkonduktorearen korronte-dentsitate kritikoaren gainean, superkonduktorea fluxu-erakunde egoerara pasatzen da.

Non: E elektrizitate-eremuaren intentsitatea den; EC elektrizitate-eremuaren intantsitate kritikoa; J korronte-dentsitatea; JCT korronte-dentsitate kritikoa; α konstantea; Tt1 eta Tt2 t1 eta t2 unetan superkonduktorearen tenperaturen; QRS t1-tik t2-raino Rs rezistentziatik sortutako kaloria; QC t1-tik t2-raino superkonduktorearen inguruko ingurumenarekin partekatutako kaloria; Cm superkonduktorearen kaloria espezifikoak; JCT(77) 77 K (77 K nitrogen likidoko tenperatura) korronte-dentsitate kritikoa; TC tenperatura kritikoa; T superkonduktorearen tenperatura.

Ekuazio (1)aren arabera, korronte-dentsitatea J handitu ahala, superkonduktorearen elektrizitate-eremuaren intantsitatea E aske handitzen da, hau bere rezistentzia handitzeko. Rezistentzia handia termika efektua handitzen du, eta ekuazio (2)an ikusten denez, superkonduktorearen tenperatura aske handitzen da.

Ekuazio (3)etatik ezagutzen da tenperatura handitzeak korronte-dentsitate kritikoa gutxitzen duela, hau elektrizitate-eremuaren intantsitatea E gehitzen duela, superkonduktorearen rezistentzia orduan orduan handitzen duena. Rezistentzia handitzen doan bitartean, superkonduktoreak sortzen dituen kaloria bertsoaren inguruan disipatzen diren kaloriaren artean orekatua hasten da, eta tenperatura estabilizatzen da, azkenik urrezko resistente egoera normal konstante batera heltzen da.

1.2 R-SFCLen Erabilera DC Sistemen Flexibiletan

DC transmitazio sistemen flexibiletan, DC korrontek ez dute zerokro naturalik. Faltaren korronte bat agertzen denean, faltaren korronte aske handitzen da, sistema elektrikoaren gailuei arrisku handi bat ekarri dezakeena. Sistema fiabilitatea bermatzeko, zirkuitu-hedatzaileak faltaren lerroa azkar banatzea beharrezkoa da. Orain arte, DC zirkuitu-hedatzaileak ez dute praktikan aplikatzeko eskerrak guztiak bete.

DC aldeko faltaren bat agertzen denean, AC aldeko hedatzaileak ohikoa da aktibatu, baina hau ineludiboki konbertzaile estazioa itzalatzen du, eta periodo honetan overkorronteagatik elektronika-industria gailuak ziurtatzeko ahal dira. DC babesa milisegundo batzuk barru osatzea beharrezkoa da, baina AC zirkuitu-hedatzaileen aktibazio denbora azkarrena ohikoa da 50 ms, hau sistemako elektronika-industria gailuak efektiboki babesteko ezin dela.

Teknologia gaur egungoak R-SFCLen normal urrezko egoera iritsi dezake hurbiltasunez 3 ms barru. Aitortu superkonduktiboa derrigarkiak murrizten dituen gailuak faltaren babesa baino askoz azkarrago hauts-bihurketan sartzen da, eta faltaren babesaren aurretik murrizko impedimentu egoera lortzen du, hau faltaren korrontea murrizteko moduan efektiboa izan daitekeena.

2 DC Faltaren Ezaugarriak DC Sistemen Flexibiletan

Faltaren puntuaren kokapena soilik sistema murrizkoaren impeditzentzat, ez korronte bideko edo itotzeko faltaren ezaugarri oinarrizkoetarako. Modelizatzeko erraztasuna, faltak DC lerroaren erdigunean kokatzen da eta metalikoki itotzeko faltatzeko suposatzen da. Bi amaiera DC sistema flexibel baten simulazio-modeloa eta R-SFCL model bat PSCAD/EMTDC erabiliz eraikitzen dira, sistema-kodea ±110 kV eta kode-potentzia 75 MW dituena. R-SFCLen instalazio-kokapena Irudi 1. eran ikusten da.

DC itotzeko faltak gertatzen denean, IGBT faltaren korrontea detektatzen eta blokeo-funtzio bidez blokeatzen da. Hala ere, IGBTrekin paralelo konektatutako diodak eta transmitazio lerroak kontrolatu gabeko pontifikadura-zirkuitu bat osatzen dute, IGBT blokeatuta dagoenean kommutazioa jarraitzen du. DC polo-poloko faltak hiru faseetan deskribatu daitezke: Lehen fasea faltaren ostean gertatzen da, non DC aldeko kondensatorea azkar kargatzen joan eta DC korrontea milisegundu batzuetan pikeko baliora iritsi.

Bigarren fasean, kondensatorearen tentsioa zeroira jaisten denean, diodetan pasatzen den korrontea beren kode-korronteen hamar aldiz handiagoa izan daiteke, elektronika-industria gailuek zerrenda handi batean jaso ditzaketen. Hirugarren fasean, DC faltaren korrontea AC sarearen korrontearen azpitik jaisten denean, AC sare faltaren puntu honetara faltaren korrontea hasi dezake. DC lurraldeko faltak bigarren fasea ez du, bestalde, bere ezaugarriak DC polo-poloko faltaren ezaugarrietara oso antolakorra dira.

AC korrontearen sarrera bitartean, diodetan pasatzen den faltaren korrontea hiru kode-korronte baino gehiago izan daiteke. Bi motatako DC faltaren korrontearen bideak DC sistema flexibel horretan errespektibo Fig. 2 eta Fig. 3 eran adierazten dira. R-SFCL bat faltaren korrontearen bidean instalatuta, faltaren korrontearen erlazioa aske handitzen da, faltaren babesa eragin handiagoa ematen dio, eta DC zirkuitu-hedatzaileen inherentzia ireki denbora eta zeharketa-ospearen eskerrak gutxitzen ditu.

3 Simulazio Analisia

PSCAD/EMTDC simulazio-softwarea erabiliz, garatutako R-SFCL modela 75 MW kapazitateko bi amaiera DC sistema flexibel simulazio-modeloan integratzen da egiaztatzeko. DC polo-poloko faltaren kasuan murrizko prestazioa Fig. 4, eta DC lerro-lurraldeko faltaren kasuan murrizko prestazioa Fig. 5. Fig. 4 eta Fig. 5 ikus daitezke, faltaren korrontearen pikeko balioa normal egoerako rezistentzia handitzen ahala gutxitzen da. Evidentzia, R-SFCLen rezistentzia eta instalatutako faltaren korrontearen pikeko balioa zenbait funtzio erosgarria ditu.

Aplikazio-eskualdea zabaltzeko, eredu zaharra 75 MW, 150 MW eta 300 MW tres sistema kapazitateetan oinarrituta gradu gradu handitzen da. DC polo-poloko faltaren eta DC lerro-lurraldeko faltaren kasuan, R-SFCLen normal egoerako balioa eta faltaren korrontearen pikeko balioaren arteko harremana faltaren korrontearen pikeko balioak lortuz aztertu da. Emaitzak Fig. 6 eta Fig. 7 eran ikusten dira.

MATLAB-en kurba egokitze funtzioa erabiliz, Fig. 6 eta Fig. 7 kurba egokitzen dira, hurrengo forma funtzio espresioak lortuz: f(x) = ae⁻ᵇˣ + c, parametro espetsifikoen zerrenda. Funtzio egokitua deribatuz, f'(x) = -abe⁻ᵇˣ lortzen da. Zerrendatik ikus daiteke, falt-mota bera izanik, parametro b bat balio bakar bat mantentzen du, parametro a sistema kapazitatea handitzen ahala handitzen du. B balio txikiagoa denez, kurben malda espresioak falt-mota bera izanik oso antolakorrak dira.Beraz, normal egoerako rezistentzia bera duten R-SFCLek falt-mota bera izanik, sistema kapazitate desberdinetan faltaren korrontearen pikeko balioaren aldaketa tasa bera dituzte, hau murrizko prestazio oso antolakorra adierazten duena.

Gainera, R-SFCLen normal egoerako rezistentzia linealki handitzen ahala, bere murrizko efektibotasuna gradu gradu gutxitzen da. Fig. 6 eta Fig. 7 kurben maldek, R-SFCLen normal egoerako rezistentziaren balio optimoak faltaren korrontearen pikeko balioaren gutxitze tasa maximoa lortzeko 0–10 Ω tartean daude.

4 Ikuspegi Finala

R-SFCL bat DC sistema flexibel transmitazioko konbertzaile estazioaren DC irteera aldean instalatuta, DC itotzeko faltaren korronteak efektiboki murriztu daitezke. R-SFCLen rezistentzia-balioa linealki handitzen ahala, bere murrizko efektuak gradu gradu gutxitzen dira. Ikerketaren egoera, ingeniaritzarako kostuak eta lurralde eskariak kontuan hartuz, R-SFCLen normal egoerako rezistentziaren balio optimoak 0–10 Ω tartean izan behar dituzte.