1 故障限流器(FCL)の設置場所
発電機端子部:この場所にFCLを設置することで、故障時のグリッドの短絡電流レベルが低下し、発電機への機械的および熱的ストレスが最小限に抑えられ、結果的に設備や装置の損失も減少します。
プラント配電変電所:この場所の短絡電流レベルは通常非常に高いです。FCLを設置することで、故障電流を大幅に抑制することができます。
全体の母線間:負荷需要の増加により大型の変圧器が必要となった場合でも、既存の遮断器や分離スイッチを交換する必要はありません。高容量低インピーダンスの変圧器を使用して電圧調整を維持しつつ、変圧器に対する故障電流ストレスを制限することができます。変圧器の高電圧側で故障電流を制限した後、中電圧母線でのショート回路は高電圧母線での電圧降下を最小限に抑えることができます。
ネットワーク連系線:ネットワーク相互接続点にFCLを設置することで、電力フロー制御、電圧安定性、供給の安全性、システムの安定性、そして障害軽減という面で大きな利点があります。
母線間接続部:個別の母線をFCLで接続すると、ショート回路電流の影響が大幅には増えません。ある母線上で障害が発生しても、SFCLによる電圧降下が故障母線の電圧レベルを維持し、その母線を稼働させ続けることができます。複数の母線を接続することで、変圧器の並列運転が可能になり、システムインピーダンスが低減され、電圧調整能力が向上し、タップチェンジング変圧器の必要性がなくなります。一つの母線からの余剰電力が他の母線の負荷を供給できるため、変圧器の定格容量の利用効率が向上します。
電流制限リアクタ位置:通常条件下では、FCLは電流制限リアクタをショートアウトすることで、不要な電圧降下と電力損失を避けることができます。
変圧器フィーダー:変圧器フィーダーにFCLを設置することで、下流の設備を保護し、切り替え操作中のインラッシュ電流を減少させることができます。
母線フィーダー:変圧器フィーダーにFCLを設置しない場合は、母線フィーダーに設置する必要があります。これにはより多くのFCLユニットが必要となるかもしれませんが、正常時および故障時の母線損失を減少させることができます。
地元発電機接続点:FCLは、追加の分散型発電源(例えば、火力発電所、風力発電所など)を接続する際に大変有益であり、これらの発電源が総ショート回路電流に与える貢献を減少させることができます。
オープンループの閉鎖:中電圧ネットワークでは、高ショート回路電流のためにループが開かれていることがあります。FCLを使用することで、これらのループを閉じて供給の信頼性、電圧バランスを改善し、ネットワーク損失を削減することができます。
2 故障限流器に関する研究方向
現在、FCLの応用は個々のプロジェクトに限定されています。大規模な導入には以下の研究領域が緊急に必要とされています:
FCLが送電容量の強化とグリッド安定性への影響について調査し、電力システムの安定性要件を満たす基本的なパラメータを提案する。
典型的な地域グリッド構造に基づいてFCLの最適な設置場所と容量構成を研究し、システム安定性と設備の熱的・機械的耐えられる能力を満たす主要パラメータを決定する。
複数のFCLまたはFCLと既存のFACTSデバイス間の協調制御戦略を研究する。
FCL制御と従来のシステム制御およびリレー保護スキームとの統合を調査する。
FCL制御を既存のグリッドディスパッチおよび制御システムに組み込む方法を研究する。
各種負荷位置でのFCL導入による電力システムとの相互影響を分析し、対応策を開発する。
大規模相互接続電力網におけるFCLの役割を探索する。
FCLは高電圧高電力デバイスであり、その信頼性とコスト効果は重要な性能指標です。信頼性の向上には合理的な回路トポロジーと成熟した制御戦略だけでなく、設計と制御の簡素さも求められます。システム設計の最適化により、サイズ、重量、コストを削減することはFCL研究の中心的な目標です。また、制御システムの干渉耐性と動作安定性は、信頼性のある故障電流制限のために不可欠です。
FCLのもう一つの問題は、通常運転時には単一機能であり、無活動状態であるため、グリッド投資コストが増加することです。配電ネットワークでは、様々な電力品質補償デバイス(例えば、ダイナミック電圧復帰装置(DVR)、統合電力品質コンディショナー(UPQC)、高度静止無功発生装置(ASVG)、超伝導磁気エネルギー蓄積装置(SMES)など)が設置され、電力品質の改善に使用されます。もし、通常時に複数の補償機能(電力品質の改善)を提供し、システム故障時には即座に高インピーダンスを示して故障電流を制限するデバイスが設計できれば、多機能性を達成することができます。このようなデバイスは、既存のFCLよりも改良された電流制限原理と性能を持つことができます。
3 故障限流器の現在の課題
FCLは新しい保護デバイスとして注目を集めていますが、その将来の電力システムへの適用は有望です。しかし、その潜在的な影響と効果の分析は避けられない課題です。主な現在の課題は以下の通りです:
障害遷移時のFCLの動的挙動、同期安定性および負荷安定性への影響。
FCLの障害制御戦略とリレープロテクションシステムとの協調。
FCL用の超高速障害検出システムとコントローラーの設計。
FCLが電力品質、特に高調波生成に及ぼす影響。
電力システムにおけるFCLの最適な統合配置。
FCLが既存の設備やコンポーネントの運用状況に及ぼす影響。
FCLの電力システムへの応用に関する経済評価。これらの課題の解決は、FCL技術の発展と採用を大きく促進します。
超伝導故障限流器(SFCL)特有の課題:
超伝導マグネットの安定性。
障害後の超伝導体の回復時間。
電流制限後の超伝導体からの熱放出。