Հետազոտություն դիմակայուսային հոսանքի սահմանափակիչների օպտիմալ դիմակայուսի ընտրության վերաբերյալ հոսանքի հղումների համակարգերի համար IEE-Business-ի համար

1 Անկյունացման հոսանքի սահմանափակիչ դիմադրություն

1.1 Գործողության սկզբունքը

Որքան էլեկտրաէներգետիկ ցանցերը շարունակում են աճել, տնտեսական էլեկտրաէներգետիկ համակարգերի կողմից առաջացվող կորотացման հոսանքը արագ աճում է, ձեռնարկելով պարզագույն խնդիրներ ցանցի կառուցման և գործարկումին։ Այս խնդիրների լուծման համար հիմնված վերածանուն սկզբունքների վրա սուպերկոնդուկտիվ հոսանքի սահմանափակիչները (SFCL-ները) ավելի շատ ուշադրություն են ստանում։ Սահմանափակիչները կարող են դասակարգվել դիմադրության և ինդուկտիվ տեսակների համար, ըստ դրանց անկյունացման բնութագրական հատկությունների համաձայն անկյունացման ժամանակ։

Դրանցից դիմադրության սուպերկոնդուկտիվ հոսանքի սահմանափակիչները ունեն պարզ կառուցվածք, կոմպակտ չափեր և թեթև կշիռ, ունենալով պարզ գործողության սկզբունք։ Անկյունացման ժամանակ դրա սահմանափակող դիմադրությունը կարող է արագ աճել, առաջ բերելով ուժեղ կորոտացման հոսանքի սահմանափակման հնարավորություն։ Ավելին, սահմանափակիչի հնարավորությունը կարող է համարյա կարգավորվել սուպերկոնդուկտորների հաջորդական կամ զուգահեռ կառուցվածքների միջոցով։ Վերջին տարիների ընթացքում սալիկ ջերմաստիճանի սուպերկոնդուկտիվ նյութերի հայտնաբերումները հանդիպել են ակադեմիական և արդյունաբերական շրջանակներում, որոնք լայնորեն համարում են դիմադրության սուպերկոնդուկտիվ հոսանքի սահմանափակիչները համարողական համար հիմնական ուղղությունը համար ապագա զարգացումը։

Կրիտիկական հոսանքը, կրիտիկական մագնիսական դաշտը և կրիտիկական ջերմաստիճանը կարևոր ֆիզիկական պարամետրեր են որոշելու համար, թե սուպերկոնդուկտորը գտնվում է սուպերկոնդուկտիվ վիճակում կամ ոչ։ Երբ այդ պարամետրերից որևէ մեկը գերազանցում է իր կրիտիկական արժեքը, սուպերկոնդուկտորը անկյունացնում է սուպերկոնդուկտիվ վիճակից քվենչման վիճակ։ Քվենչման գործընթացը բաղկացած է երկու stadia-ից. սկզբում մագնիսական հոսքի հոսքի վիճակը, այնուհետև նորմալ դիմադրության վիճակը։ Երբ սուպերկոնդուկտորի միջով հոսանքի խտությունը գերազանցում է իր կրիտիկական հոսանքի խտությունը, սուպերկոնդուկտորը մտնում է մագնիսական հոսքի վիճակ։

Որտեղ. E-ն էլեկտրական դաշտի ուժն է. EC-ն կրիտիկական էլեկտրական դաշտի ուժն է. J-ն հոսանքի խտությունն է. JCT-ն կրիտիկական հոսանքի խտությունն է. α-ն հաստատուն է. Tt1 և Tt2 սուպերկոնդուկտորի ջերմաստիճաններն են t1 և t2 պահերում. QRS-ն Rs դիմադրությունից ստացված ջերմությունն է t1-ից t2-ի ընթացքում. QC-ն սուպերկոնդուկտորի և նրա շրջակա միջավայրի միջև ջերմության փոխանցումն է t1-ից t2-ի ընթացքում. Cm-ն սուպերկոնդուկտորի մասնակի ջերմաստիճանային տարածությունն է. JCT(77)-ն կրիտիկական հոսանքի խտությունն է 77 K ջերմաստիճանում (77 K-ն լիկ ազոտի ջերմաստիճանն է). TC-ն կրիտիկական ջերմաստիճանն է. T-ն սուպերկոնդուկտորի ջերմաստիճանն է։

(1) հավասարման համաձայն, երբ հոսանքի խտությունը J ավելանում է, սուպերկոնդուկտորի էլեկտրական դաշտի ուժը E արագ աճում է, այնպես որ դրա դիմադրությունը ավելանում է։ Ավելացված դիմադրությունը ավելացնում է ջերմային ազդեցությունը, և, ինչպես ցույց է տալիս (2) հավասարումը, սուպերկոնդուկտորի ջերմաստիճանը համապատասխանաբար ավելանում է։

(3) հավասարման համաձայն, հայտնի է, որ ջերմաստիճանի աճը կրնում է նվազեցնել կրիտիկական հոսանքի խտությունը, ավելացնելով էլեկտրական դաշտի ուժը E, որը առաջ է բերում սուպերկոնդուկտորի դիմադրության ավելացմանը։ Որքան դիմադրությունը ավելանում է, սուպերկոնդուկտորի կողմից ստացված ջերմությունը հավասարակշռում է շրջակա միջավայրի մեջ հետ ուղղված ջերմության հետ, և ջերմաստիճանը կայունացնում է, վերջնականապես հասնելով հաստատուն դիմադրության նորմալ վիճակին։

1.2 R-SFCL-ի կիրառությունը առաձգական DC համակարգերում

Առաձգական DC փոխանցման համակարգերում դիրքային հոսանքը բացակայում է բնական զրոյական հատումները։ Երբ տեղի է ունենում կորոտացման հոսանքը արագ աճում է, ներկայացնելով խնդիր համակարգի էլեկտրական սարքերի համար։ Համակարգի հավասարակշռության համար պարզ է անհրաժեշտությունը համար շրջանակները կարող են արագ հատել կորոտացման գիծը։ Ներկայումս դիրքային շրջանակները դեռ չեն լրիվ համապատասխանում գործնական կիրառման պահանջներին։

Երբ տեղի է ունենում դիրքային կողմի կորոտացման հոսանքը, սովորաբար անջատում են սահմանափակիչ շրջանակները, սակայն դա անպայման հանգեցնում է կոնվերտորային կենտրոնի անջատմանը, և հնարավոր է էլեկտրոնային սարքերի վնասվելու համար այդ պահին ավելացված հոսանքի համար։ Դիրքային պաշտպանությունը պետք է կատարի ամբողջ պաշտպանության հաջորդականությունը մի քանի միլիսեկունդների ընթացքում, իսկ ամենաարագ գործող սահմանափակիչ շրջանակների սովորական գործող ժամանակը սովորաբար է 50 միլիսեկունդ, որը դրանք անհնար է արդյունավետորեն պաշտպանել համակարգի էլեկտրոնային սարքերը։

Հինգամանակ տեխնոլոգիան հնարավորություն է տալիս R-SFCL-ները հասնել նորմալ դիմադրության վիճակին մոտ 3 միլիսեկունդների ընթացքում։ Դիմադրության սուպերկոնդուկտիվ հոսանքի սահմանափակիչը շատ ավելի արագ է անկյունացնում քան ռելեյային պաշտպանությունը գործողանում է, և առաջ է բերում բարձր դիմադրության վիճակը կորոտացման հոսանքի հատումից առաջ, այնպես որ արդյունավետորեն կրճատել կորոտացման հոսանքը։

2 Դիրքային կորոտացման հոսանքի բնութագրերը առաձգական դիրքային համակարգերում

Կորոտացման կետի տեղանքը ազդում է միայն համակարգի դիմադրության վրա, ոչ թե հոսանքի ուղին կամ կորոտացման հոսանքի հիմնական բնութագրերի վրա։ Մոդելավորման հարմարության համար կորոտացումը դնվում է դիրքային գիծը միջին կետում և ենթադրվում է մետաղային կորոտացում։ PSCAD/EMTDC-ով կառուցված են երկկողմանի առաձգական դիրքային համակարգի և R-SFCL-ի մոդելներ, որոնց համակարգի նշված լարումը է ±110 kV և նշված հզորությունը է 75 MW։ R-SFCL-ի տեղադրման վայրը ցուցադրված է գծապատկեր 1-ում։

Երբ տեղի է ունենում դիրքային կորոտացման հոսանքը, IGBT-ն հայտնաբերվում է և անմիջապես բլոկավորվում է իր բլոկավորման ֆունկցիայի միջոցով կորոտացման հոսանքի հայտնաբերման հետևում։ Սակայն, IGBT-ի հետ զուգահեռ միացված դիոդները և փոխանցման գծերը կազմում են անկառավարելի միացում ռեկտիֆիկատորի շրջանակ, որը կորոտացման շարունակում է նույնիսկ նրանց բլոկավորումից հետո։ Դիրքային պոլ-պոլ կորոտացման հոսանքը կարող է հիմնականում բաժանվել երեք stadia-ի. առաջին ստադիան տեղի է ունենում կորոտացման հետո, երբ դիրքային կողմի կոնդենսատորը արագ դասակարգում է և դիրքային հոսանքը մի քանի միլիսեկունդների ընթացքում հասնում է իր գագաթային արժեքին։

Երկրորդ ստադիայում, երբ կոնդենսատորի լարումը կարող է նվազել զրոյի, դիոդների միջով հոսանքը կարող է հասնել իրենց նշված հոսանքից ավելի քան տասնպատ անգամ, որը էլեկտրոնային սարքերի վնասվելու համար շատ անհասանելի է դառնում։ Երրորդ ստադիայում, երբ դիրքային կորոտացման հոսանքը նվազում է ներքև այլ էլեկտրաէներգետիկ ցանցի հոսանքից, այլ էլեկտրաէներգետիկ ցանցը սկսում է կորոտացման հոսանք ներկայացնել դիրքային կորոտացման կետին։ Դիրքային կորոտացման հոսանքը երկրի հետ չունի երկրորդ ստադիան. հակառակ դեպքում դրա բնութագրերը նման են պոլ-պոլ կորոտացման հոսանքի բնութագրերին։

Այլ էլեկտրաէներգետիկ ցանցի հոսանքի ներկայացման ընթացքում դիոդների միջով հոսանքը մոտ է իրենց նշված հոսանքից ավելի քան տասնպատ անգամ։ Այս երկու տեսակների դիրքային կորոտացման հոսանքի ուղիները առաձգական դիրքային համակարգում ցուցադրված են գծապատկեր 2-ում և գծապատկեր 3-ում համապատասխանաբար։ Այս կորոտացման հոսանքի ուղին հաստատելու համար հնարավոր է տեղադրել R-SFCL-ը, որը կարող է արագ ավելացնել կորոտացման շրջանակի դիմադրությունը, ներկայացնելով ավելի շատ ժամանակ կորոտացման հոսանքի հատումից առաջ և նվազեցնելով դիրքային շրջանակների բնական բացման ժամանակը և կորոտացման հոսանքի հատումից առաջ անհրաժեշտ հնարավորությունը։

3 Սիմուլյացիայի վերլուծություն

PSCAD/EMTDC սիմուլյացիայի ծրագրային ապահովմամբ զարգացված R-SFCL-ի մոդելը ինտեգ