Studium de Optima Selectio Resistentiae Limitatorum Currentis Defectus Superconductivorum pro Systematibus Transmissionis DC Flexibilis

1 Limitor superconductivum resistivum pro limitando cursu praejudiciali

1.1 Principium operativum

Cum systemata electrica crescant, capacitas circuituum praebellariorum in systematibus electricis domesticis rapiditer augmentatur, quod magnos pericula reponit ad constructionem et operationem retiaculae. Ad solvendum problematis excessus currentis praebellariorum, limitores currentis praebellariorum (SFCLs) basati in principiis superconductionis sunt crebro considerati. Secundum characteres suos amortizantes quando transmutantur in statum altius resistentiae, SFCLs possunt dividi in genera resistiva et inductiva.

Inter haec, limitor superconductivus resistivus praebellariorum habet structuram simplicem, magnitudinem parvam, et levetatem, cum principio operativo claro. Cum intrat in statum altius resistentiae, impedimentum eius limitans acute augescit, praebens potentiam fortem pro suppressione currentis praebellariorum. Praeterea, capacitas huius apparati potest flexibiliter adaptari per configurationes serie vel parallele superconductorum. In recentibus annis, progressus in materialibus superconductivis ad temperaturam ambientem emerserunt, quod facit ut academia et industria videant limitores SFCLs resistivos ut principale vectorem futuri developmenti.

Currens criticus, agmen magneticum criticum, et temperatura critica sunt parametri physici claves pro determinando an superconductor sit in statu superconductivo. Si quispiam horum parametrorum excedit valorem suum criticum, superconductor transit ab statu superconductivo ad statum extinctum. Processus extinctionis constat duobus stadiis: primo, status fluxus, deinde status resistivus normalis. Quando densitas currentis per superconductorem excedit densitatem currens criticam, superconductor intrat in status fluxus.

Ubi: E est fortitudo agminis electrici; EC est fortitudo agminis electrici critica; J est densitas currentis; JCT est densitas currens critica; α est constantia; Tt1 et Tt2 sunt temperaturas superconductoris ad tempora t1 et t2 respectiviter; QRS est calor generatus a resistentia Rs ab t1 ad t2; QC est calor intercambiatus inter superconductor et ambientes eius durante intervallo temporis t1–t2; Cm est capacitas specifica caloris superconductoris; JCT(77) est densitas currens critica ad 77 K (ubi 77 K est temperatura in ambiente nitrogenii liquidum); TC est temperatura critica; T est temperatura superconductoris.

Secundum Eq. (1), quando densitas currentis J augmentatur, fortitudo agminis electrici E superconductoris acute crescit, quod ducit ad incrementum resistentiae. Incrementum resistentiae auget effectum thermicum, et ut monstratur in Eq. (2), temperatura superconductoris consequenter crescit.

Ex Eq. (3) notum est, quod incrementum temperature reducit densitatem currens criticam, iterum augendo fortitudinem agminis electrici E, quod causat resistentiam superconductoris continuare crescere. Quo magis resistentia crescit, calor generatus a superconductore gradualiter aequilibratur cum calore dissipato in ambientes, et temperatura stabilizatur, denique perveniens ad statum normalem constantis resistentiae.

1.2 Applicatio R-SFCL in systematibus DC flexibilibus

In systematibus transmissionis DC flexibilibus, currens DC caret punctis naturalibus nullorum. Cum accidit culpa praebellariorum, currens culpabilis acute crescit, ponens grave periculum apparatis electricis in systemate. Ad assecurandum fidem systematis, interruptores circuituum debent cito separare lineam culpabilam. Nunc, interruptores circuituum DC nondum plene satisfecerunt requirementis applicationis practicae.

Cum accidit culpa lateris DC, saepissime interruptores lateris AC sunt acti, sed hoc inevitabiliter facit stationem converteris cessare, et dispositiva electronicorum potestis possunt laedi propter currens excessivum in hoc tempore. Protectio DC debet completare totum ordinem protectionis intra paucas millisecondes, dum velocissimum tempus operationis interruptorum circuituum AC est typice 50 ms, quod facit eos non posse efficaciter protegere dispositiva electronicorum potestis in systemate.

Technologia moderna permittit R-SFCLs attingere statum resistivum normalem intra circiter 3 ms. Limitor superconductivus resistivus praebellariorum transit in statum limitans multo celerius quam protectio relativa operatur, et attingit statum altius impedimenti ante remotionem culpae, ita efficaciter reducens currens praebellariorum.

2 Characteres culpae DC in systematibus DC flexibilibus

Locatio puncti culpae afficit tantum impedimentum systematis, non viam currentis vel fundamenta characterum culpae praebellariorum. Pro comodo modelandi, culpa collocatur in medio lineae DC et assumitur esse short circuitum metallicum. Modelus simulationis systematis DC flexibilis binoterminalis et modelus R-SFCL constructi sunt per PSCAD/EMTDC, cum tensura nominata ±110 kV et potentia nominata 75 MW. Locatio installationis R-SFCL ostenditur in Fig. 1.

Cum accidit culpa praebellariorum DC, IGBT detectatur et statim obstruitur per functionem suam obstructoriam sentiens currens culpabilis. Tamen, diodi paralleliter iuncti cum IGBT et lineae transmissionis formant circuitum rectificatorum pontis incontrollabilis, permitentes commutationem continuari postquam IGBT obstruitur. Culpa pole-to-pole DC potest principaliter dividi in tria stadia: Primum stadium accidit immediate post culpam, ubi capacitor lateris DC discaricatur celeriter et currens DC crescit ad valorem suum maximalem intra paucas millisecondes.

In secundo stadio, postquam tensura capacitoris decidit ad zero, currens per diodos potest attingere plus decem vicibus valorem nominatum, faciendo dispositiva electronicorum potestis susceptibile laesi. In tertio stadio, quando currens praebellariorum DC decrescit sub currens gridis AC, gridis AC incipit impellere currens praebellariorum in punctum culpae DC. Culpa ground DC non habet secundum stadium; aliter, characteres eius similes sunt characteribus culpae pole-to-pole.

Durante impulsionem currens AC, currens per diodos est circa decem vicibus valorem nominatum. Vias currentis pro his duobus generibus culpae praebellariorum DC in systemate DC flexibili ostenduntur in Fig. 2 et Fig. 3 respectiviter. Installando R-SFCL secundum viam currens culpabilis, resistentia circuitus praebellariorum potest celeriter augeri, praebens plus temporis ad removendum culpam et minuens requirementa de tempore apertionis et capacitatis interruptoria circuituum DC.

3 Analyse simulativa

Usus software simulationis PSCAD/EMTDC, modelus R-SFCL constructus integratur in modelum simulationis systematis DC flexibilis binoterminalis constructum cum capacitate 75 MW pro verificatione. Performantia limitans sub culpa pole-to-pole DC ostenditur in Fig. 4, et sub culpa lineae ad ground DC in Fig. 5. Ut videtur ex Fig. 4 et Fig. 5, currens culpabilis maximus decrescit cum resistentia statu normali crescit. Evidenter, resistentia R-SFCL et currens culpabilis maximus post installationem exhibent certam relationem functionalem decrescentem.

Ad amplificandum ambitum applicationis, modelus originalis gradatim scalatur secundum tres capacitatis systematis: 75 MW, 150 MW, et 300 MW. Sub conditionibus culpae pole-to-pole DC et culpae lineae ad ground DC, relatio inter valorem resistentiae statu normali R-SFCL et currens praebellariorum maximus studetur obtinendo valores maximi currentis praebellariorum. Resultata ostenduntur in Fig. 6 et Fig. 7.

Usus functionem fitting curvarum in MATLAB, curvae in Fig. 6 et Fig. 7 fitte sunt respective, resultantes in expressiones functionales formae f(x) = ae⁻ᵇˣ + c, cum parametri specifici enumerati in Tabula 1. Differentiando functionem fitte obtinetur f'(x) = -abe⁻ᵇˣ. Ex Tabula 1, observari potest, quod pro eodem genere culpae, parameter b manet fere constans, dum parameter a augmentatur cum capacitate systematis. Quia b est relativus parvus, expressiones pendendi curvarum pro eodem genere culpae fere idem sunt.Igitur, R-SFCLs cum eadem resistentia statu normali exhibent eandem ratem mutationis currens culpabilis maximus inter diversas capacitatis systematis pro eodem genere culpae, indicantes performantiam limitans consistentem.

Praeterea, cum resistentia statu normali R-SFCL lineariter augmentatur, effectus limitans eius gradualiter diminuitur. Ex pendendis curvarum in Fig. 6 et Fig. 7, optimus ambitus resistentiae statu normali R-SFCL pro maximizando ratem reductionis currens culpabilis maximus est 0–10 Ω.

4 Conclusio

Installando R-SFCL in latere output DC stationis converteris in systemate transmissionis DC flexibili, currens praebellariorum DC efficaciter reduci potest. Dum resistentia R-SFCL lineariter augmentatur, effectus limitans eius gradualiter diminuitur. Considerando status researchis, costus engineering, et requisitiones arearum terrarum, recommendatur optimus ambitus resistentiae statu normali R-SFCL esse 0–10 Ω.