Säätövirran rajoittaja | Asennus- ja tutkimusopas

1 Sijainnit sähkövirran rajoittimien (FCL) asentamiseen

• Generaattoriterminaaleilla：FCL:n asentaminen tähän paikkaan vähentää lyhytsulkuajan aikana verkossa tapahtuvaa lyhytsulkuvirran tasoa, pienentää generaattorin mekaanista ja lämpöpintaa ja seurauksena vähenee laitteiden ja laitosten hukka.

• Tuotantolaitoksen jakajatilassa：Tässä paikassa lyhytsulkuvirran taso on yleensä hyvin korkea. FCL:n asentaminen voi merkittävästi hillitä virhevirtaa.

• Koko väylälaitteen yli：Kun lisääntyvä kuormituksen tarve vaatii suurempia muuntijoita, olemassa olevat sulkuvalvot ja irrotuskytkimet eivät ehkä tarvitse vaihtoa. Korkeammilla teholla voidaan käyttää suurkapasiteettisia, matalaimpedanssisia muuntijoita jännitteen säätämisen ylläpitämiseksi, samalla rajoittaen virhevirran aiheuttamaa stressiä muuntimelle. Kun virhevirta on rajoitettu muuntimen korkeajännitesivulle, keskijänniteväylällä tapahtuva lyhytsulkua aiheuttaa vain pieni jännitteen lasku korkeajänniteväylällä.

• Verkon yhdistysviivoissa：FCL:n asentaminen verkon yhdistyskohtiin tarjoaa huomattavia etuja sähkövirran ohjaamisessa, jännitteen vakaudessa, toimitusturvallisuudessa, järjestelmän vakaudessa ja häiriöiden lievittämisessä.

• Väyläyhteyksissä：Kun erilliset väylät on yhdistetty FCL:llä, lyhytsulkuvirtojen vaikutus ei kasva merkittävästi. Kun väylällä tapahtuu virhe, SFCL:n yli kulkevan jännitteen lasku auttaa ylläpitämään virheellisen väylän jännitetasoa, mikä mahdollistaa sen jatkuvan käytön. Useiden väylöiden yhdistäminen mahdollistaa muuntimien paralleelin toiminnan, mikä vähentää järjestelmän impedanssia, parantaa jännitteen säätökykyä ja poistaa tarpeen askelmuunnoksille. Yhden väylältä saatu ylijäämävoima voi toimittaa toisen väylän kuormia, mikä parantaa muuntimen suunniteltun kapasiteetin hyödyntämistä.

• Sähkövirran rajoittavien reaktorioiden sijainneissa：Normaalilla toiminnalla FCL lyhentää sähkövirran rajoittavaa reaktoria, välttäen tarpeettoman jännitteen laskun ja tehon hukkaanmenon.

• Muuntimen syöttölinjassa：FCL:n asentaminen muuntimen syöttölinjalle suojelee alapuolella olevia laitteita ja vähentää virtakierrosten aikana tapahtuvia alkuvirtoja.

• Väyläsyöttölinjassa：Jos FCL:tä ei ole asennettu muuntimen syöttölinjalle, sen pitäisi olla asennettu väyläsyöttölinjalle. Vaikka tämä saattaa vaatia enemmän FCL-yksiköitä, se vähentää väylän hukkaa sekä normaalilla että virhetilanteessa.

• Paikallisissa generaattoriyhdistyspisteissä：FCL:t ovat erittäin hyödyllisiä lisäjakautuneiden tuotantolähteiden (esim. lämpövoimaloille, tuulipuistoille) yhdistämisessä, sillä ne vähentävät näiden lähteiden osuutta kokonaisvirran lyhytsulkuvirtaan.

• Avasilmukoissa：Keskijännitteisissä verkoissa silmukat jätetään joskus avoimeksi korkean lyhytsulkuvirran vuoksi. FCL:tä voidaan käyttää näiden silmukoiden sulkeutumiseen, mikä parantaa toimitusturvallisuutta, jännitteen tasapainoa ja vähentää verkon hukkaa.

2 Tutkimussuunnat sähkövirran rajoittimille

Nykyisin FCL-sovellukset ovat rajattuja yksittäisiin projekteihin. Laajamittaista käyttöönottoa varten on kiireellisesti tarpeen tutkia seuraavia alueita:

• Tutki FCL:n roolia sähkövirran siirtokapasiteetin parantamisessa ja sen vaikutusta verkon vakaudelle; ehdota perusparametreja, jotka vastaavat sähköjärjestelmän vakausvaatimuksia.

• Tutki optimaalisia FCL:n asennussijoja ja kapasiteettiasetuksia tyypillisille alueellisille verkkoille, ja määritä keskeiset parametrit, jotka täyttävät sekä järjestelmän vakauden että laitteen lämpö- ja mekaanisen kestävyyden vaatimukset.

• Tutki koordinointi- ja hallintastrategioita useiden FCL:n tai FCL:n ja olemassa olevien FACTS-laitteiden välillä.

• Tutki FCL-hallinnan integrointia perinteisiin järjestelmähallintamenetelmiin ja suojavalvonnan järjestelmiin.

• Tutki menetelmiä FCL-hallinnan sisällyttämiseksi olemassa oleviin verkkohallinta- ja valvontajärjestelmiin.

• Analysoi FCL:n ja sähköjärjestelmän välisiä kaksisuuntaisia vaikutuksia eri kuormituspaikoissa, ja kehitä niihin liittyviä lievitysstrategioita.

• Tutki FCL:n roolia suurissa yhdistetyissä sähköverkoissa.

FCL:t ovat korkeajännitteisiä, suurtehoisia laitteita, ja niiden luotettavuus ja taloudellisuus ovat kriittisiä suorituskykyindikaattoreita. Luotettavuuden parantaminen edellyttää sekä järkeviä piiritekniikoita ja kypsää hallintastrategiaa myös yksinkertaisuutta suunnittelussa ja hallinnassa. Järjestelmän suunnitelman optimointi koon, painon ja kustannusten vähentämiseksi on edelleen keskeinen tavoite FCL-tutkimuksessa. Lisäksi hallintajärjestelmän häiriökieltävyys ja toiminnan vakaus ovat olennaisia luotettavalle virhevirran rajoittamiselle.

Toinen ongelma FCL:lle on sen yksitoimisyys – ne pysyvät passiivisina normaalin toiminnan aikana, mikä lisää verkon investointikustannuksia. Jakeluverkoissa on usein asennettu erilaisia sähkölaadun kompensointilaitteita (esim. dynaamiset jännitetekijät (DVR), yhdistetty sähkölaadun korjaaja (UPQC), edistyneet staattiset varigeneraattorit (ASVG), superjohtavan magneettisen energian varasto (SMES)) parantamaan sähkölaatua. Jos voitaisiin suunnitella laite, joka tarjoaa monia kompensointifunktioita normaalin toiminnan aikana (parantaen sähkölaatua) ja välittömästi esittää korkean impedanssin järjestelmän virhetilanteissa virhevirran rajoittamiseksi, se saavuttaisi monitoimisuuden. Tällainen laite voisi tarjota parempia virhevirran rajoittamisen periaatteita ja suorituskykyä verrattuna nykyisiin FCL:ihin.

3 Nykyiset ongelmat sähkövirran rajoittimilla

Uutena suojalaitteen uutena FCL:tä on havaittu yhä suuremmalla kiinnostuksella, ja niiden tulevaisuuden soveltaminen sähköjärjestelmissä näyttää lupaavalta. Kuitenkin niiden potentiaalisten vaikutusten ja vaikutusten analysointi on välttämätön haaste. Tärkeimmät nykyiset ongelmat ovat:

• FCL:n dynaaminen käyttäytyminen virhetilanteissa, mukaan lukien vaikutukset synkronisaation vakautukseen ja kuorman vakautukseen.

• FCL:n virhehallintastrategiat ja niiden yhteistyö suojajärjestelmien kanssa.

• Ultra-nopeiden virhetunnistusjärjestelmien ja -ohjaajien suunnittelu FCL:lle.

• FCL:n vaikutukset sähkölaatuun, erityisesti harmonisten virtojen syntymiseen.

• Optimaalinen FCL:n yhdennetty sijoitus sähköjärjestelmiin.

• FCL:n vaikutukset olemassa olevien laitteiden ja komponenttien toimintatilaan verkossa.

• FCL:n soveltamisen taloudellinen arviointi sähköjärjestelmissä. Nämä ongelmien ratkaiseminen edistää huomattavasti FCL-teknologian kehitystä ja käyttöönottoa.

Erityiset ongelmat superjohtaville sähkövirran rajoittimille (SFCL):

• Superjohtavien magneettien vakaus.

• Superjohtajien palautumisaika virheen jälkeen.

• Lämpölähteen päästöt superjohtajista virhevirran rajoittamisen jälkeen.