Studju dwar is-Selezzjoni Oħloq ta’ Reżistanza għal IEE-Business Fault Current Limiters Superconduttivi għas-Sistemi tal-Trasferiment Dirett Flessibbli

1 Limidż tal-Ħal mill-Fault ta' Superconduttiv

1.1 Prinċipju tal-Funzionament

Fl-aħħar is-silġ, il-kapaċità tal-fault tal-grids tal-elettroenerġija qed tispiċċa b'mod mhux preċedut, u l-kapaċità tal-fault tas-sistemi elettriku domestiku qed tispiċċa rapidament, li qiegħed jiċċrea sfidi kbiri għall-bini u l-operazzjoni tal-grid. Biex jiċċaqda l-problema tal-kurrenti tal-fault eċċessivi, il-limidži tal-fault superconduttivi (SFCLs) fuq il-prinċipji tal-superconduttività qed jirċevu attenzjoni żgħar. Skont l-caratteristiċi tal-ammortizzment meta jpassjaw fl-ħal tal-resistanza oġġer, il-SFCLs jistgħu jiġu klassifikati f'tip resistivi u induttivi.

Minflok dawn, il-limidż tal-ħal mill-fault superconduttiv resistiv jkollu struttura sempliċi, daqs kompatt, u pejsa ħafifa, bl-prinċipju tal-funzionament ċar. Wara li jenfu l-ħal tal-resistanza oġġer, l-impedanza tal-limitazzjoni tal-kurrent tiegħu toqqs tal-mod konsiderabbli, li jifur nettu kapabb ta' limitazzjoni tal-kurrent tal-fault. L-iż-żejjaġ, il-kapaċità tal-apparat jista' jiġi aġġustat fleksibilment permezz ta' konfigurazzjonijiet serjali jew paralleli ta' supercondutturi. Fl-aħħar snin, il-breakthroughs fi zmajjar superconduttivi tat-temperatura ambjent huma emersi, li qed jgħadlu l-akadema u l-industria biex jikkunsidraw il-SFCLs resistivi kif tkun id-direzzjoni primarja għad-dwana futura.

Il-kurrent kritiku, il-kamp magnetiku kritiku, u l-temperatura kritika huma parametri fiziki importanti biex jiddeterminaw jekk is-superconduttur huwa fil-ħal superconduttiv. Meta xi waħd minn dawn il-parametri jiġi superat, is-superconduttur jagħmel it-tiftix mill-ħal superconduttiv għall-ħal quenched. Il-proċess ta' quenching għandu żewġ stadiji: l-ewwel, l-ħal tal-flus tal-flux, segwit mill-ħal normali tal-resistanza. Meta l-density tal-kurrent permezz tas-superconduttur jiġi superat mill-density tal-kurrent kritiku, is-superconduttur jagħmel it-tiftix fl-ħal tal-flus tal-flux.

Fejn: E huwa l-forza tal-kamp elettriku; EC huwa l-forza tal-kamp elettriku kritiku; J huwa l-density tal-kurrent; JCT huwa l-density tal-kurrent kritiku; α huwa kostanti; Tt1 u Tt2 huma l-temperaturi tas-superconduttur fit-tiempi t1 u t2 rispettivament; QRS huwa l-ħal qasam mill-resistanza Rs minn t1 sa t2; QC huwa l-ħal interscambiato bejn is-superconduttur u l-ambjent circostanti fit-timed t1–t2; Cm huwa l-kapaċità speċifiċa tas-superconduttur; JCT(77) huwa l-density tal-kurrent kritiku fl-77 K (77 K huwa l-temperatura tal-ambjent tal-nitrogen likwid); TC huwa l-temperatura kritika; T huwa l-temperatura tas-superconduttur.

Skont l-Equazzjoni (1), meta l-density tal-kurrent J jispiċċa, l-forza tal-kamp elettriku E tas-superconduttur toqqs rapidament, li jgħadil lill-oġġer resistanza. L-oġġer resistanza tagħti effett termiku, u skont l-Equazzjoni (2), l-temperatura tas-superconduttur toqqs diġà.

Mill-Equazzjoni (3), huwa magħruf li l-oġġer temperatura tigħmel l-density tal-kurrent kritiku jinqass, li jiġi magħruf ukoll b'oġġer forza tal-kamp elettriku E, li jagħmel l-oġġer resistanza tas-superconduttur toqqs kontinwament. Meta l-resistanza toqqs, l-ħal qasam mis-superconduttur jibda jiġi bilanċjat mal-ħal dissipat fis-soddisfi, u l-temperatura tiġi stabilizzata, u infine tirriċċievi l-ħal normali tal-resistanza kostanti.

1.2 Applikazzjoni tal-R-SFCL fis-Sistemi DC Flessibili

Fis-sistemi ta' trasferiment DC flessibli, il-kurrent DC mhuwiex għandu passiż naturali tal-zero. Meta jiġi verifikat fault ta' short-circuit, il-kurrent tal-fault toqqs rapidament, li jagħmlu minċa gravi għall-apparati elettriku fis-sistema. Biex jiżgura r-affidabilità tal-sistema, il-switches tal-circuit għandhom jisolaw rapidament il-linea faulted. Fil-preżent, l-switches tal-circuit DC mhumx ankor soddiġa l-ebbehijiet tal-applikazzjoni prattika.

Meta jiġi verifikat fault fuq is-silġ DC, l-switches tal-circuit AC solit huma tripped, imma dan inivitabilment jiġi magħruf b'stoppa tal-stazzjoni tal-konverter, u l-apparati elettronici tal-energy jistgħu jiġu dani minn overcurrent fid-dawk il-mumenti. Il-protezzjoni DC għandha timplimenta l-intera sequenza tal-protezzjoni fi msellum miġbura, mentri l-temps operativ tal-switches tal-circuit AC tipikament huwa 50 ms, li jgħadlu ma jistgħux jipproteġġu l-apparati elettronici tal-energy fis-sistema efettivament.

It-teknoloġija attwali tista' tħolqos lill-R-SFCLs biex jirriċċievu l-ħal normali tal-resistanza fi 3 ms approssimatament. Il-limidż tal-ħal mill-fault superconduttiv resistiv jagħmel it-tiftix fl-ħal tal-limitazzjoni tal-kurrent ħafna aktar veloċement minn kif joperax il-protezzjoni relè, u jirriċċievi l-ħal tal-impedanza oġġer qabel l-ippurazzjoni tal-fault, li jiċċaqda l-kurrent tal-short-circuit efettivament.

2 Karatteristiċi tal-Fault DC fis-Sistemi DC Flessibili

Il-lokalizzazzjoni tal-punt tal-fault taflu tiksbu sirku l-impedanza tas-sistema, mhumiex l-pass ta' kurrent u l-karatteristiċi funżamentali tal-fault ta' short-circuit. Għal modellazzjoni ta' konvenjenza, il-fault huwa meħluk fil-midja tal-linea DC u suppost b'fault ta' short-circuit metaliku. Modell simulazzjoni ta' sistema DC flessibbli bit-tnejn terminali u modell R-SFCL huma ibniżżew permezz ta' PSCAD/EMTDC, bis-sistema rated voltage ta' ±110 kV u potenza nominale ta' 75 MW. Il-lokalizzazzjoni tal-installazzjoni tal-R-SFCL hija mostrata fil-Figura 1.

Meta jiġi verifikat fault ta' short-circuit DC, l-IGBT jikseb u jibblokkjaw immediatament permezz tal-funżjoni tal-blocking wara l-isensjoni tal-kurrent tal-fault. Imma, l-diodes inkorporati parallelament mal-IGBT u l-linee tal-trasferiment jiformaw bridge rectifier circuit mhux kontrolabb, li jilħolqu l-commutation jisseġwi wara l-IGBT jiġi blookat. Fault ta' pole-to-pole DC jista' jiġi diviż għal tre stadiji: l-ewwel stadj taħdem wara l-fault, fejn il-capacitors tas-silġ DC jiskarġaw rapidament u l-kurrent DC toqqs għal valur peak fi msellum miġbura.

Fil-ftit stadj, wara li l-voltàġġ tal-capacitors jinqass sa zero, l-kurrent permezz tal-diodes jistgħu jiġu akbar minn deset darba l-valur nominale, li jgħadlu l-apparati elettroniki tal-energy mhux protezzjonati. Fil-tielet stadj, meta l-kurrent tal-fault DC jinqass sa tinsab qasam il-kurrent tal-grid AC, il-grid AC jibda jipprovduli kurrent tal-fault għal punt tal-fault DC. Fault ta' ground DC mhumiex għandhom ftit stadj; iktar, il-karatteristiċi tagħhom huma simili għall-fault ta' pole-to-pole.

Wara l-feed-in tal-kurrent AC, l-kurrent tal-fault permezz tal-diodes huwa akbar minn deset darba l-valur nominale. Il-passi tal-kurrent għall-fault ta' short-circuit DC f'sistema DC flessibbli huma mostrati fil-Figura 2 u fil-Figura 3 rispettivament. L-installazzjoni tal-R-SFCL lunga l-pass tal-kurrent tal-fault tista' toqqs rapidament l-resistanza tal-loop ta' short-circuit, li titgħallem aktar ħin għall-ippurazzjoni tal-fault u tinqass ir-reqwisiti għall-temps ta' opening inherent u l-interrupting capacity tal-switches tal-circuit DC.

3 Analisi Simulazzjoni

Permezz tal-programm software PSCAD/EMTDC, il-modell R-SFCL mibdew jintegraw fis-sistema simulazzjoni ta' sistema DC flessibbli bit-tnejn terminali bi kapazzita ta' 75 MW għal verifikazzjoni. Il-prestazzjoni tal-limitazzjoni tal-kurrent ta' fault ta' pole-to-pole DC hi mostrata fil-Figura 4, u ta' fault ta' line-to-ground DC fil-Figura 5. Minn Figura 4 u Figura 5, huwa evidenti li l-kurrent peak tal-fault jinqass skont l-oġġer resistenza normale. Huwa evidenti li l-resistenzi tal-R-SFCL u l-kurrent peak tal-fault wara l-installazzjoni jipprovdu relazzjoni funzjonali ta' qasam.

Biex l-aħħar applikazzjoni, il-modell oriġinali kien gradwalment mibdew jkollu upscale basi għal tre kapazzita tas-sistema: 75 MW, 150 MW, u 300 MW. Taħt l-kondizzjonijiet ta' fault ta' short-circuit DC ta' pole-to-pole u ta' line-to-ground, il-relazzjoni bejn il-valur tal-resistenzi normali tal-R-SFCL u l-kurrent peak ta' short-circuit kien studjat permezz tal-otteniment tal-valur peak tal-kurrent ta' short-circuit. Ir-riżultati huma mostrati fil-Figura 6 u fil-Figura 7.

Permezz tal-funżjoni ta' curve-fitting fi MATLAB, il-curves fil-Figura 6 u fil-Figura 7 kieno fitati rispettivament, li jipproduċu espressioni funzjonali ta' form f(x) = ae⁻ᵇˣ + c, b'parametri speċifiċi listati fit-Tavola 1. Il-differenzjazzjoni tal-funżjoni fit-ta' jipproduċi f'(x) = -abe⁻ᵇˣ. Mill-Tavola 1, huwa osservabbli li għal tip identiku tal-fault, il-parametr b jirriman kostanti, imma l-parametr a jiżdied skont l-oġġer kapazzita tas-sistema. Skont b huwa relativament żgħir, l-espressioni tal-gradient tal-curves għal tip identiku tal-fault huma quasi identiċi.Dakelkant, l-R-SFCLs b'istess resistenza normali jipprodottu l-istess rate ta' qasam fil-kurrent peak tal-fault għal sistemi diversi tal-kapazzita għal tip identiku tal-fault, li jindika prestazzjoni ta' limitazzjoni tal-kurrent kostanti.

Iktar, skont l-oġġer resistenza normali tal-R-SFCL toqqs linearment, l-effektività tal-limitazzjoni tal-kurrent toqqs gradwalment. Basa fuq l-gradients tal-curves fil-Figura 6 u fil-Figura 7, il-range optimal tal-resistenzi normali tal-R-SFCL għal maximizazzjoni tal-rate ta' qasam fil-kurrent peak tal-fault huwa 0–10 Ω.

4 Konkluzzjoni

L-installazzjoni tal-R-SFCL fuq is-silġ DC tal-stazzjoni tal-konverter fis-sistema ta' trasferiment DC flessibbli tista' toqqs efettivament il-kurrenti tal-fault ta' short-circuit DC. Skont l-oġġer resistenza tal-R-SFCL toqqs linearment, l-effektività tal-limitazzjoni tal-kurrent toqqs gradwalment. Skont l-aktar status tal-riżerka, l-kożi ingegneristika, u l-ebbehijiet tal-area tal-terratur, huwa suġġerit li l-range optimal tal-resistenzi normali tal-R-SFCL ikun 0–10 Ω.