Гибкими DC передача системалари үчун узатиш суперкондуктив фазодори чегичларининг энг йахши мукосит танловини изилаш

1 Rezistiv superkonduttiv kutilaydiy qismi cheklash qurilmasi

1.1 Ishlash printsipi

Elektr tarmoqlarining o'lchamlari davra-davr ravishda kengayib borayotgan paytda, mamlakatimizdagi elektr tizimlari bo'lgan qisqartirilgan orqali yuzaga keladigan energiya tez-tez oshmoqda, bu esa tarmoq qurilishi va ishlashiga muhim chet talablar beradi. Qisqartirilgan orqali yuzaga keladigan energiyani cheklash masalasini hal qilish uchun, superkonduttivlik asosida ishlaydigan superkonduttiv kutilaydiy qismi cheklash qurilmalari (SFCL) o'z aksini ko'rsatmoqda. SFCL-lar qattiq jihatdan superkonduttiv holatga o'tish jarayonidagi xususiyatlarga qarab, rezistiv va induktiv turkumga bo'linadi.

Bu orasidan, rezistiv superkonduttiv kutilaydiy qismi cheklash qurilmasi sodda struktura, kichik hajm, nafasli vazn va aniq ishlash printsipi bilan farqlanadi. Bu qurilma qattiq jihatdan superkonduttiv holatga o'tganda, uning cheklash impedans tezkor oshadi, shu orqali kuchli ariza kutilaydiyini cheklash imkoniyati beriladi. Shuningdek, superkonduktorni seriya yoki parallel ulash orqali qurilmaning quvvati moslash mumkin. O'xirgi yillarda o'rtacha temperaturadagi superkonduttiv materiallardagi zamonaviy qadam-qadam yetishlar, akademik va sanoat sohalarida rezistiv SFCL-larni kelajakda rivojlanishning asosiy yo'nalishi hisoblanishiga olib keldi.

Kritik oqim, kritik maqnit maydoni va kritik harorat superkonduktorning superkonduttiv holatda ekanligini aniqlash uchun asosiy fizik parametrlardir. Agar bu parametrlarning birortasi kritik qiymatidan oshsa, superkonduktor superkonduttiv holatdan quyosh holatiga o'tadi. Quyosh jarayoni ikki bosqichdan iborat: birinchi, flux oqish holati, keyin esa normal rezistiv holat. Superkonduktor oqim yog'indigi kritik oqim yog'indigidan oshganda, superkonduktor flux oqish holatiga o'tadi.

Bu yerda: E - elektr maydon kuchi; EC - kritik elektr maydon kuchi; J - oqim yog'indigi; JCT - kritik oqim yog'indigi; α - doimiy son; Tt1 va Tt2 - t1 va t2 paytlarida superkonduktorning haroratlari; QRS - t1 dan t2 gacha Rs rezistivlik tomonidan yaratilgan issiq; QC - t1–t2 payt oralig'ida superkonduktor va uni qurtovchi mavjudiyat orasida almashgan issiq; Cm - superkonduktorning maxsus issiq kapasiteti; JCT(77) - 77 K (77 K suyuqlik azot mavjudiyatidagi harorat) da kritik oqim yog'indigi; TC - kritik harorat; T - superkonduktorning harorati.

Tenglama (1) bo'yicha, agar oqim yog'indigi J oshsa, superkonduktorning elektr maydon kuchi E tezkor oshadi, bu esa uning rezistivlikni oshiradi. Oshgan rezistivlik issiq effektini kuchaytiradi, va tenglama (2) bo'yicha, superkonduktorning harorati nisbatan oshadi.

Tenglama (3) bo'yicha, haroratning oshishi kritik oqim yog'indigini pasaytiradi, bu esa elektr maydon kuchini E oshiradi, superkonduktorning rezistivlikni davra-davra oshiradi. Rezistivlik oshganda, superkonduktor tomonidan yaratilgan issiq qurtovchi mavjudiyatga ta'sir qiluvchi issiq bilan tarqalish o'rtasida tarqalish balansga erishadi, harorat sabitlashadi va nihoyatda sabit rezistivlik normal holatga erishadi.

1.2 R-SFCL ning moslashuvchan DC tizimlarda qo'llanilishi

Moslashuvchan DC uzatish tizimlarda, DC oqim natural nol kesishlariga ega emas. Agar qisqartirilgan ariza yuzaga kelsa, ariza oqimi tezkor oshadi, bu esa tizimning elektr jihozlari uchun muhim tavazo bildiradi. Tizimning ishonchiligini ta'minlash uchun, ariza chiziqlarini tezkor ajratish kerak. Hozirda, DC ariza ajratuvchilar praktik qo'llanilish talablari bilan to'liq javob berolmayapti.

Agar DC tomonga ariza yuzaga kelsa, AC tomongidagi ariza ajratuvchilari tipik holda bloklanga solinadi, lekin bu jarayonda konverter stantsiyasi o'chirilib qoladi va elektron jihozlar oshib borayotgan oqim tufayli zarar ko'lishi mumkin. DC himoya barcha himoya jarayonini necha millisekund ichida yakunlashi lozim, ammo eng tez ishlaydigan AC ariza ajratuvchilar 50 ms davom etadi, bu esa tizimning elektron jihozlari uchun samarali himoya berga qodir emas.

Joriy texnologiya R-SFCL-larni 3 ms ichida normal rezistiv holatga o'tkazish imkonini beradi. Rezistiv superkonduttiv kutilaydiy qismi cheklash qurilmasi rele himoya ishlagandan tezroq ariza cheklash holatiga o'tadi va ariza ajratishdan oldin katta impedans holatiga erishadi, bu esa qisqartirilgan ariza oqimini samarali kamaytiradi.

2 Moslashuvchan DC tizimlarda DC ariza xususiyatlari

Ariza nuqtasi joylashuvi faqat tizim impedansiga, oqim yo'lini yoki qisqartirilgan ariza asosiy xususiyatlari ga ta'sir qiladi. Modellashtirish uchun samarali bo'lgan holatda, ariza DC chizigining o'rtasiga joylashtiriladi va metalla qisqartirilgan ariza deb taxmin qilinadi. PSCAD/EMTDC yordamida ikki uchli moslashuvchan DC tizim modeli va R-SFCL modeli tuziladi, tizimning nominal voltazi ±110 kV, nominal quvvati 75 MW. R-SFCL ning joylashuvi 1-rasmga ko'rsatilgan.

Agar DC qisqartirilgan ariza yuzaga kelsa, IGBT ariza oqimini aniqlaydi va o'zi bloklanga solinadi. Ammo, IGBT bilan paralleldan ulangan diodlar va uzatish chiziglari bloklanishdan keyin kommutatsiyani davom ettiradigan nazoratlanmagan most rektifikator skemasi hosil qiladi. DC pol-polda qisqartirilgan ariza asosan uch bosqichga bo'linadi: birinchi bosqich ariza yuzaga kelishidan keyin darhol yuzaga keladi, bu paytda DC tomonga qoplamasi tezkor bo'shatiladi va DC oqim necha millisekund ichida maksimal qiymatga erishadi.

Ikkinchi bosqichda, qoplamalarning voltazi nolga tenglashidan keyin, diodlarni o'tkazadigan oqim ularning nominal oqimidan o'n marta oshadi, bu esa elektron jihozlarga zarar berish ehtiyoji yuqori bo'lib qoladi. Uchinchi bosqichda, DC qisqartirilgan ariza oqimi AC tarmoq oqimidan pastga tortib ketganda, AC tarmoq DC ariza nuqtasiga qisqartirilgan oqimni taqdim etadi. DC yerga qisqartirilgan ariza ikkinchi bosqichi yo'q; boshqa xususiyatlari pol-polda qisqartirilgan ariza bilan oxshash.

AC oqim taqdim etilish paytda, diodlarni o'tkazadigan oqim ularning nominal oqimidan o'n marta oshadi. Bu ikki turdagi DC qisqartirilgan ariza oqim yo'li moslashuvchan DC tizimda 2-rasm va 3-rasmga ko'rsatilgan. Ariza oqim yo'lidagi R-SFCL ni o'rnatish, qisqartirilgan ariza tsiklining rezistivlikni tezkor oshiradi, ariza ajratish uchun ko'proq vaqt beradi va DC ariza ajratuvchilarning inhitoy vaqt va ajratish quvvat talablarini kamaytiradi.

3 Modellashtirish tahlili

PSCAD/EMTDC modellashtirish dasturi yordamida, ishlab chiqilgan R-SFCL modeli 75 MW quvvatli ikki uchli moslashuvchan DC tizim modeliga integre ediladi va tekshiriladi. DC pol-polda qisqartirilgan ariza shartidagi cheklash performansi 4-rasmga, DC chiziq-yerga qisqartirilgan ariza shartidagi cheklash performansi esa 5-rasmga tasvirlangan. 4-rasm va 5-rasmga ko'ra, nomalum holatdagi rezistivlik oshganda, ariza oqimining maksimal qiymati pasayadi. Bu, R-SFCL ning rezistivligi va o'rnatilgandagi ariza oqimining maksimal qiymati orasida aniq pasayish funktsional munosabatini ko'rsatadi.

Ishlatish sohalarini kengaytirish uchun, asosiy model 75 MW, 150 MW va 300 MW quvvatli uch tizim asosida adad-adad kengaytirildi. DC pol-polda qisqartirilgan ariza va DC chiziq-yerga qisqartirilgan ariza shartlari ostida, R-SFCL ning nomalum holatdagi rezistivlik qiymati va qisqartirilgan ariza oqimining maksimal qiymati orasidagi munosabat o'rganildi. Natijalar 6-rasm va 7-rasmga tasvirlangan.

MATLAB dasturi yordamida 6-rasm va 7-rasmga egish funksiyasi qo'llanilgan, bu esa f(x) = ae⁻ᵇˣ + c ko'rinishidagi funksional ifodalarga egish natijasini berdi, aynan parametrlar 1-jadvalda ko'rsatilgan. Egish funksiyasini hosil qilish orqali f'(x) = -abe⁻ᵇˣ hosil bo'ldi. 1-jadvalga ko'ra, bir xil ariza turi uchun, parametr b juda oz o'zgaradi, lekin parametr a tizim quvvati bilan oshadi. B parametri nisbatan kichik bo'lgani uchun, bir xil ariza turi uchun egish chizmalari egri egri mos keladi.Demak, bir xil nomalum holatdagi rezistivlikka ega R-SFCL-lar, bir xil ariza turi uchun, tizim quvvatlarining farqiga qaramasdan, ariza oqimining maksimal qiymati o'zgarish tezligi bir xil bo'lib, bu esa cheklash performansining samarali ekanligini ko'rsatadi.

Shuningdek, R-SFCL ning nomalum holatdagi rezistivligi chiziqli ravishda oshganda, uning cheklash effektivligi davra-davra kamayadi. 6-rasm va 7-rasmga ko'ra, R-SFCL ning nomalum holatdagi rezistivligi ariza oqimining maksimal qiymatini eng yaxshi darajada pasaytirish uchun, optimal oraliq 0-10 Ω bo'lib, bu oraliqda ariza oqimining maksimal qiymati eng yaxshi darajada pasayadi.

4 Xulosa

Moslashuvchan DC uzatish tizimida konverter stantsiyasining DC chiqish tomonga R-SFCL o'rnatilishi, DC qisqartirilgan ariza oqimini samarali kamaytiradi. R-SFCL ning rezistivligi chiziqli ravishda oshganda, uning cheklash effektivligi davra-davra kamayadi. Joriy izlanish holati, inshoot savodorga va maydon talablari hisobga olindi, R-SFCL ning nomalum holatdagi rezistivligi 0-10 Ω oraliqda bo'lishi tavsiya etiladi.