Stroomversterkerbegrenzer | Installatie- & Onderzoeksleidraad

1 Locaties voor het installeren van stroombeperkers (FCLs)

• Bij generatoraansluitingen：Het installeren van een FCL op deze locatie vermindert het korte-slagsnelheidsniveau in het netwerk tijdens storingen, minimaliseert de mechanische en thermische belasting op de generator en vermindert daardoor verliezen in apparatuur en toestellen.

• Bij distributieonderstations van de installatie：De korte-slagstroom niveaus op deze locatie zijn meestal zeer hoog. Het installeren van een FCL kan de storingstromen aanzienlijk beperken.

• Over de hele busbar：Wanneer de stroomvraag toeneemt en grotere transformatoren nodig zijn, hoeven bestaande schakelaars en isolators mogelijk niet vervangen te worden. Bij hogere vermogens kunnen transformatoren met hoge capaciteit en lage impedantie gebruikt worden om de spanning te reguleren, terwijl de storingstroombelasting op de transformer wordt beperkt. Na het beperken van de storingstroom aan de hoogspanningskant van de transformer zal een kortsluiting op de middenspanningsbusbar slechts een minimale spanningsdaling veroorzaken op de hoogspanningsbusbar.

• Bij netwerkverbindingen：Het installeren van FCLs op netwerkverbindingen biedt aanzienlijke voordelen op het gebied van stroomverdeling, spanningstabiliteit, leveringsveiligheid, systeemstabiliteit en stoornisbeheersing.

• Bij busbarverbindingen：Na het verbinden van aparte busbars met een FCL neemt de impact van kortsluitstromen niet aanzienlijk toe. Wanneer er een storing optreedt op een busbar, helpt de spanningdaling over de SFCL bij het handhaven van de spanning op de defecte busbar, waardoor deze in bedrijf kan blijven. Het verbinden van meerdere busbars maakt parallelle werking van transformatoren mogelijk, vermindert het systeemimpedantie, verbetert de spanningregelingscapaciteit en elimineert de noodzaak voor tapschakeltransformatoren. Overmatige energie van één busbar kan de lasten op een andere busbar voorzien, waardoor de benutting van de nominale capaciteit van de transformatoren verbetert.

• Bij locaties van stroombeperkende reactors：Onder normale omstandigheden shortt de FCL de stroombeperkende reactor, waardoor onnodige spanningdaling en vermogensverliezen worden voorkomen.

• Bij transformatorvoeders：Het installeren van een FCL bij de transformatorvoeder beschermt downstreamapparatuur en vermindert insluitsstromen tijdens schakeloperaties.

• Bij busbarvoeders：Als een FCL niet is geïnstalleerd bij de transformatorvoeder, moet deze bij de busbarvoeder worden geïnstalleerd. Hoewel dit mogelijk meer FCL-eenheden vereist, vermindert het verliezen op de busbar zowel onder normale als storingomstandigheden.

• Bij lokale generatoraansluitpunten：FCLs zijn zeer nuttig voor het verbinden van extra gedistribueerde generatiebronnen (bijvoorbeeld thermische centrales, windparken) omdat ze de bijdrage van deze bronnen aan de totale korte-slagstroom verminderen.

• Voor het sluiten van open lussen：In middenspanningsnetwerken worden lussen soms opengehouden vanwege hoge korte-slagstromen. FCLs kunnen worden gebruikt om deze lussen te sluiten, wat de betrouwbaarheid van de levering, spanningsevenwicht en netwerkverliezen verbetert.

2 Onderzoeksrichtingen voor stroombeperkers

Momenteel zijn FCL-toepassingen beperkt tot individuele projecten. Voor grootschalige implementatie zijn de volgende onderzoeksgebieden dringend nodig:

• Onderzoek de rol van FCLs bij het verhogen van de stroomoverdrachtcapaciteit en hun impact op de netwerkstabiliteit; stel fundamentele parameters voor die voldoen aan de stabiliteitsvereisten van het energienetwerk.

• Studie naar optimale installatielocaties en capaciteitsconfiguraties voor FCLs op basis van typische regionale netwerkstructuren, en bepaal de belangrijkste parameters die zowel systeemstabiliteit als thermische en mechanische uithoudingsvermogen van de apparatuur bevredigen.

• Onderzoek naar coördinatie- en controlestrategieën tussen meerdere FCLs of tussen FCLs en bestaande FACTS-apparatuur.

• Onderzoek naar de integratie van FCL-controle met conventionele systeemcontroles en relaisbeschermingssystemen.

• Studie naar methoden om FCL-controle te integreren in bestaande netwerkdispatch- en controlesystemen.

• Analyseer de wederzijdse effecten tussen FCLs en het energienetwerk bij implementatie op verschillende belastingslocaties, en ontwikkel daarop gerichte verlichtingsstrategieën.

• Verken de rol van FCLs in grote aaneengesloten energienetten.

FCLs zijn toestellen met hoge spanning en groot vermogen, en hun betrouwbaarheid en kosten-effectiviteit zijn cruciale prestatie-indicatoren. Het verbeteren van de betrouwbaarheid vereist niet alleen rationele schakelingstopologieën en rijpe controlestrategieën, maar ook eenvoud in ontwerp en controle. Het optimaliseren van systeemontwerp om afmetingen, gewicht en kosten te verkleinen blijft een centraal doel in FCL-onderzoek. Bovendien zijn de storende invloedenbestendigheid en operationele stabiliteit van het controle systeem essentieel voor betrouwbare stroombeperking.

Een ander probleem met FCLs is hun enkele functie - ze blijven inactief tijdens normaal gebruik, waardoor de investeringskosten van het netwerk toenemen. In distributienetten worden vaak diverse kwaliteitscompensatieapparaten (bijvoorbeeld Dynamische Spanningsherstellers (DVR), Geünificeerde Kwaliteitsconditieaars (UPQC), Geavanceerde Statische Variabele Generatoren (ASVG), Supergeleidende Magnetische Energieopslag (SMES)) geïnstalleerd om de energiekwaliteit te verbeteren. Als een apparaat kon worden ontworpen dat meerdere compensatiefuncties levert onder normale omstandigheden (verbetering van energiekwaliteit) en onmiddellijk hoge impedantie presenteert tijdens systeemstoringen om de storingstroom te beperken, zou het multifunctioneel zijn. Zo'n apparaat zou ook verbeterde stroombeperkingsprincipes en prestaties kunnen bieden in vergelijking met bestaande FCLs.

3 Huidige problemen met stroombeperkers

Als nieuw beschermingsapparaat krijgen FCLs steeds meer aandacht, en hun toekomstige toepassing in energienetten lijkt veelbelovend. Echter, het analyseren van hun potentiële impact en effecten is een onvermijdelijke uitdaging. De belangrijkste huidige problemen zijn:

• Het dynamische gedrag van FCLs tijdens storingstransienten, inclusief de impact op synchrone stabiliteit en belastingsstabiliteit.

• Stoortbesturingstrategieën van FCLs en hun coördinatie met relaisbeschermingssystemen.

• Ontwerp van ultra-snelle storingdetectiesystemen en controllers voor FCLs.

• Impact van FCLs op de energiekwaliteit, met name ten aanzien van harmonische generatie.

• Optimale geïntegreerde plaatsing van FCLs in energienetten.

• Effecten van FCLs op de operatiestatus van bestaande apparatuur en componenten in het netwerk.

• Economische evaluatie van FCL-toepassingen in energienetten. Het aanpakken van deze problemen zal de ontwikkeling en acceptatie van FCL-technologie enorm bevorderen.

Specifieke problemen voor supergeleidende stroombeperkers (SFCLs):

• Stabiliteit van supergeleidende magneten.

• Hersteltijd van supergeleiders na een storing.

• Warmteafgifte van supergeleiders na stroombeperking.