Kulimanto de Fekta Kurento | Teknologio & Impakto sur Retstabileco

1 Fauta Kurentlimigilo (FCL) Teknologio Enkonduko

Tradiciaj pasivaj metodoj de fauta kurentlimigo — kiel la uzo de alta-impedancaj transformiloj, fiksitaj reaktoroj, aŭ duonitaj busbaroj — suferas de inherentaj malavantaĝoj, inkluzive de interrompo de la retostrukturo, pligrandigo de la stabilo-sistemo impedanco, kaj malpliiĝo de la sistemo sekureco kaj stabileco. Ĉi tiuj aliroj iĝas ĉiam malpli taŭgaj por hodiaŭa kompleksa kaj grandskala elektrareto.

Kontraste, aktivaj teknologioj de fauta kurentlimigo, prezentitaj per Fauta Kurentlimigiloj (FCLs), montras malaltan impedancon dum normala operacio de la reto. Kiam okazas defekto, la FCL rapide transiros al alto-impedanca stato, efektive limigante la defektkurrenton al pli malalta nivelo, do ebligante dinaman kontrolon de defektkurantoj. FCLs evoluis el la tradicia koncepto de serio-reaktora baza kurentlimigo per integriĝo de avancitaj teknologioj, kiel potenco-elektroniko, superkondukteco, kaj magnetcirkvito-kontrolo.

La fundamenta principo de FCL povas esti simpligita en la modelon montritan en Figuro 1: dum normala sistemo-operacio, ŝaltilo K estas fermita, kaj neniu kurentlimiga impedanco estas enkondukita de la FCL. Nur kiam okazas defekto, K rapide malfermiĝas, enmetante la reaktoron por limigi la defektkurrenton.

Ĉiuj FCLs estas bazitaj sur ĉi tiu fundamenta modelo aŭ ĝiaj etenditaj variantoj. La ĉefaj diferencoj inter diversaj FCLs kuŝas en la naturo de la kurentlimiga impedanco, la realigo de ŝaltilo K, kaj la rilataj kontrolo-strategioj.

2 Realigaj Skemoj kaj Aplika Statuso de FCL

2.1 Superkonduktaj Fauta Kurentlimigiloj (SFCLs)

SFCLs povas esti klasifikitaj kiel ekstinguaj aŭ neekstinguaj bazitaj sur ĉu ili uzas la superkonduktoran transiron de superkonduktado al normala stato (S/N-transiro) por kurentlimigo. Strukturale, ili estas plue kategorizitaj kiel rezistaj, pontaj, magnetekranaj, transformila tipa, aŭ satura-kernaj. Ekstinguaj SFCLs dependas de la S/N-transiro (triggerita kiam temperaturo, magnetkampo, aŭ kurento superas kritikajn valorojn), kie la superkonduktoro ŝanĝiĝas de nula rezisto al alta rezisto, do limigante defektkurrenton.

Neekstinguaj SFCLs kombinas superkonduktajn spirojn kun aliaj komponentoj (e.g., potenco-elektroniko aŭ magnetaj elementoj) kaj kontrolos operacian modon por limigi mallongkurantajn kurantojn. Praktika apliko de SFCLs konfrontas komunajn superkonduktajn defiojn, kiel kostoj kaj refreza efikeco. Aldone, ekstinguaj SFCLs havas longan restarotempon, potenciala konflikto kun sistemo-rekonektado, dum neekstinguaj SFCLs' impedanco ŝanĝoj povas afekti relukontrolan koordinadon, postulante re-reguligon.

2.2 Magnetaj Elementaj Kurentlimigiloj

Ĉi tiuj estas dividadaj en fluxkancladaj kaj magnet-saturaj ŝaltaj tipoj. En la fluxkanclada tipo, du vindaĵoj kun kontraŭa polaro estas vinditaj sur la sama kernero. Sub normalaj kondiĉoj, egalaj kaj kontraŭaj fluksvaloroj kanclas unu la alian, rezultigante malaltan lekage-impedancon.

Dum defekto, unu vindaĵo estas forpasigita, rompante la fluksbilancon kaj prezenti alta impedancon. La magneta saturaj ŝalta tipo funkciigas per biasado de la kurentlimiga vindaĵo en saturon (per DC-biaso, etc.) sub normalaj kondiĉoj, donante malaltan impedancon. Dum defekto, la defektokurrento drosas la kerneron ekster saturon, kreante altan impedancon por kurentlimigo. Pro kompleksaj kontrolpostuloj, magnetaj elementaj limitiloj vidis limigitan aplikon.

2.3 PTC Resistoraj Kurentlimigiloj

Positiva Temperatura Koeficiento (PTC) resistoroj estas nelinearaj; ili montras malaltan reziston kaj minimuman varmon sub normalaj kondiĉoj. Dum mallongkurto, ilia temperaturo rapide pligrandiĝas, elevebla rezisto je 8–10 ordoj da grandeco en milisekundoj. FCLs bazitaj sur PTC-resistoroj trovis komercan uzon en malalt-voltaj aplikoj.

Tamen, malavantaĝoj inkluzivas: altan supervoltaĝon generatan dum induktiva kurentlimigo (postulas paralelan supervoltaĝprotektadon); mekanikan streĉon pro vastiĝo de la resistoro dum operacio; limigitajn voltagon/kurenton (centoj de voltaj, kelkaj amperoj), postulas serio-paralelan konektadon kaj limigas altvoltan uzon; kaj longan restarotempon (kelkaj minutoj) kun mallonga servoperiodo, hindras grand-skalan aplikon.

2.4 Solid-Stataj Kurentlimigiloj (SSCLs)

SSCLs estas nova speco de mallongkurta limigilo bazita sur potenco-elektroniko, tipe konsistanta el konvenciaj reaktoroj, potenco-elektronikaj aparatoj, kaj kontroliloj. Ili ofertas diversajn topologiojn, rapidan respondon, altan operacia endurancon, kaj simplan kontrolon. Per kontrolado de la stato de potenco-elektronikaj aparatoj, la ekvivalenta impedanco de la SSCL estas ŝanĝita por limigi defektkurrenton. Konsiderata kiel nova FACTS aparato, SSCLs akiras pli kaj pli da atento. Tamen, dum defektoj, la potenco-elektronikaj aparatoj devas porti la tutan defektkurrenton, postulante altan aparatecan performon kaj kapablon. Koordinado inter pluraj SSCLs aŭ kun aliaj FACTS-kontrolsistemoj restas kritika defio.

2.5 Ekonomiaj Kurentlimigiloj

Ĉi tiuj ofertas maturan teknologion, altan fidindon, malaltan koston, kaj aŭtomatan ŝaltadon sen ekstera kontrolado. Ili ĉefe estas klasifikitaj en ark-kurenttransdonaj kaj serio-resonaj tipoj. La ark-kurenttransdonaj tipoj konsistas el vakuo-ŝaltilo en paralelo kun kurentlimiga rezistoro. Sub normala operacio, lasta kurento fluas tra la ŝaltilo. Dum mallongkurto, la ŝaltilo malfermiĝas, forçante la kurenton transdoni al la rezistoro por kurentlimigo.

Problemoj inkluzivas: transdonkurenton afektitan de vakua arkvoltaĝo kaj stranga induktanco; transdon-tempo dependanta de ŝalt-rapideco; kaj malfacileco de kurenttransdonado ĉe malalta arkvoltaĝo, postulas helpajn aparatojn por pligrandigi arkvoltaĝon kaj forci nul-pasado de kurento. Serio-resonaj FCLs uzas saturitajn reaktorojn aŭ impetusabsorbojn kiel ŝaltiloj. Sub normalaj kondiĉoj, la kapacitoro kaj induktoro estas en serio-resono kun malalta impedanco. Dum defekto, alta kurento saturas la reaktoron aŭ aktivas la impetusabsorbon, detunuigante la resonon kaj enmetante la reaktoron en la linion por kurentlimigo. Elektromagnetaj repulsaj rapida ŝaltiloj ankaŭ povas rapide forpasigi la kapacitoron.

2.6 Aktuala Statuso de FCL-Inĝenieraj Aplikoj

Por praktika valoro, FCLs ne nur rapide enmetu impedancon dum defektoj sed ankaŭ posedu aŭtomatan restaron, multoblajn sinsekvan operaciojn, malaltan harmongeneradon, kaj akcepteblan invest-adon kaj operaciokostojn. Aktuale, limigitaj per teknikaj defioj kaj kostefektiveco, malgraŭ diversaj eksperimentaj prototipoj disvolvitaj ĉirkaŭ la mondo, efektivaj reto-aplikoj ankoraŭ restas malofte, plejparte limigitaj al malalt-voltaj, malgrandkapacitaj pilota projektoj.

La kampo komenciĝis pli frue eksterlande, kun notindaj progresoj en solid-stata kaj superkonduktaj FCL-komericaligo. En 1993, 6,6 MW solido-stata brekilo uzanta antiparalelajn GTO-jn estis instalita sur 4,6 kV nutradon en Army Power Center en New Jersey, Usono, kapabla klarigi defektojn ene de 300 μs. En 1995, 13,8 kV/675 A solido-stata FCL de EPRI kaj Westinghouse estis komisiita en PSE&G substaĵo. Por superkonduktaj FCLs, hibrida AC/DC FCL estis disvolvita de ACEC-Transport kaj GEC-Alsthom en 1998, atingante komericaligon. En 1999, 15 kV/1200 A SFCL kunlaborite de General Atomics kaj aliaj estis instalita en Southern California Edison (SCE) substaĵo.

Loka FCL-forsatiro komenciĝis pli malfrue sed progresis rapide. En 2007, Ĉina 35 kV superkonduktaj satura kernaj FCL, disvolvita de Tianjin Electromechanical Holdings kaj Beijing YunDian YingNa Superconductor Cable Co., Ltd., subiris provan operacion en Puji Substaĵo, Yunnan—tiam la mondo plej alta-volta, plej alta kapacita superkonduktanta limigilo en proba operacio. Por serio-resonaj FCLs, Ĉina unua 500 kV aparato, kunlaborite de China Electric Power Research Institute, Zhongdian Puri, kaj East China Grid, estis komisiita en la 500 kV Bingyao Station fine de 2009, reduktante mallongkurton al sub 47 kA.

Globale, FCL-aplikoj ankoraŭ estas limigitaj al individuaj projektoj sed akiras pli kaj pli da atento. Signifa potencialo restas en esploro pri pligrandigo de kapacito, voltresisteco, materialaj plibonigoj, varm-disvastigo, kost-kontrolo, kaj topologia optimigo.

3 Efiko de FCL-Integrado sur Elektrareto Sekureco kaj Stabileco

La rapida impedancometado de FCLs dum defektoj, dum efektive limigante kurenton, ŝanĝas reton parametrojn, afektante transestantan stabilecon, voltstabilecon, relukontrolajn agordojn, kaj rekonektadon. Malbona kontrolado povas konduki al negativaj efektoj. Koordinata kontrolado kaj optimala konfigurado estas esencaj por multoblaj FCLs por atingi optimuman performon.

3.1 Efiko sur Relu-Protektadon kaj Rekonektadagordojn

Por satura kernaj SFCLs, la longa restarotempo signifas ke signifa impedanco persistas post defekto, potenciala postulas re-agordon de aŭtomata rekonektado kaj relu-protektado. Literaturo sugestas instali ekstinguajn SFCLs sur generatoraj kaj ĉeftransformila branĉoj; kvankam protektre-agordo estas necesa, la persistanta alta impedanco dum restaro povas servi kiel frenrezistoro, profitigante transestantan stabilecon. Diversaj distancprotektaj agordmetodoj konsiderante SFCLs estas proponitaj. Solido-stataj FCLs povas uzi tiristorkontaktojn, flankpasigajn brekilkontaktojn, FCL-ŝaltstatojn, kaj GAP-cirkvitojn por ŝalti nul-sekvence kurentprotektajn agordojn, solvante sensibilecproblemojn post FCL-enmetado.

3.2 Efiko sur Transestanta Potenco-Angula Stabileco

Kvankam FCLs ĝenerale operacias kun malalta impedanco normale kaj alta impedanco dum defektoj, ilia specifa operacio kaj strukturo kondukas al diversaj efektoj sur transestanta potenco-angula stabileco. Solido-stataj kaj superkonduktaj FCLs, enmetis alta impedanco dum defektoj, povas plibonigi generatoran elektromagnetan potencelaboron kaj plibonigi transestantan stabilecon.

Rezistancaj tipoj de FCLs plibonigas stabilecon pli ol induktaj tipoj pro dampanca rezisto, kiu konsumas pli da generatora potenco. Tamen, malapropria rezistantvaloro povas kaŭzi inversan potencfluon al la generatoro, malpliiĝante potencdefektojn. Analizo montras, ke por defektoj for de la generatoro, induktaj SFCLs iĝas pli utilaj kiel totala transkuŝa reaktanco malpliiĝas. Rezistancaj SFCLs ankaŭ montras similajn karakterizojn post certa rezistantlimito.

La efiko dependas de defektoloko kaj tipo; FCLs afektas potenco-angulan stabilecon nur kiam defektoj okazas sur iliaj instalitaj linioj. Por asimetriaj defektoj ĉe la linio-starto, FCL-induktanco profitas stabilecon, pligrandiĝanta kun induktanckonduto. Ĉe la linio-fino, se la defekto estas klara rapide, FCL-induktanco povas malebligi stabilecon, sed la negativa efekto malpliiĝas kun pli alta induktanco por faz-intera kaj du-faz-al-ter-defektoj. Por unu-faza aŭ faz-intera defektoj proksime de la linio-fino, iomete etendi defektoklarigotempon faras malgrandan FCL-induktanon utila, signife malpliiĝante svinkurva amplitudo kompare kun rapida klarigo.

3.3 Efiko sur Transestanta Voltstabileco

Mallongkurtoj kaŭzas volt-dipojn, afektante aparataran operacion kaj kaŭzante ekonomiajn perdojn. PSCAD-bazita analizo montras, ke pli granda FCL-induktanco plibonigas volt-dip-supreson en certa amplekso. La inherenta kapablo de FCLs por plibonigi defektvoltan varias kun retonstrukturo. Sur radialaj nutradon, FCL-reaktanco >0,5 pu povas teni volt-on supere de 0,8 pu dum defektoj. Loka generado aŭ reaktiva subteno proksime de la defektbuso reduktas dependon de FCLs.

3.4 Koordinado kun Tradiciaj Limigaj Meroj

Koordinado de FCLs kun tradiciaj meroj (e.g., reaktoroj, alta-impedancaj transformiloj) estas klavoj por praktika apliko. Aŭtomata optimigmetodo uzanta 0–1 variablojn por merrealigo kaj entjervariablojn por kapacito formigas mixitan entjerprogramadproblemon, solvigebla per branĉo-kaj-limigmetodo, por gvidi koordinitan konfiguron.

3.5 Optimigo de Konfiguro

Kun multoblaj FCLs, optimigo de loko, nombro, kaj parametroj por kostefektiva performo estas esplorhotspot. Por malgrandaj retoj, enumerado aŭ metodoj bazitaj sur potenco-ŝanĝo/perdproporcio sufiĉas. Por grandaj retoj kun multaj nodoj supermallongkurta limo, enumerado iĝas kompute intensa kaj maladekvata por multocelaj problemoj (impedanco, nombro, loko).

Pezita multocela optimigo uzanta genetajn aŭ partiklswarmalgoritmojn estas komuna, sed rezultoj forte dependas de pezo-selektado. Senpeza metodoj, kalkulante mallongkurta kurentŝanĝojn relative al branĉa impedanco, evitas pezo-dependon kaj helpas determini optimuman FCL-lokon, nombron, kaj impedancon. Ĉar la ĉefa celo estas kurentlimigo, optimigo povas fokusadi sur limigefektiveco, certigante, ke selektitaj FCL-lokoj afektas ĉiujn nodojn kun insufiĉa mallongkurta margeno. Kosto kaj operaciaj perdoj estas ankaŭ gravaj faktoroj en realeca optimigo.

4 Disvolvado kaj Aplikotrendoj de FCLs

4.1 FCL-Teknologio Esplorotrendoj

Por profiti avantaĝojn kaj mildigi malavantaĝojn, novaj esplorodirektoj aperas. Kunmeti superkonduktajn FCLs kun energiestorejo estas hottemo—absorbado de energio dum defektoj kaj provizado de ĝi por plibonigi potencokvaliton dum normala operacio, atingante duoblan utilon. La klavo kuŝas en potenco-kondiciona sistemo disvolvo.

Por trakti altan kapacitan postulon, kostojn, kaj harmonojn en solido-stataj limitiloj, plibonigitaj topologioj kiel transformilo-kopla tri-faza ponta SSCLs kun flankpasigaj induktoroj estas proponitaj. Konvenciaj FCLs mankas dinama reguleblo kaj stabilo-kompensado.

Multifunkcia FCL kun dinama serio-kompensado estas proponita: normala operacio uzas kapacitorbankŝaltadon por paŝa linio-kompensado; dum defektoj, GTOs aŭ IGCTs kontrolas la limiggradon per serio-induktora, ebligante multcelan uzon. Serio-kompensado devas esti zorgeme elektita por eviti sub-sinkronajn oscilojn.

4.2 FCL Aplikotrendoj

FCLs ne nur limigas mallongkurtojn, sed, sub taŭgaj kondiĉoj, povas plibonigi potenco-angulan kaj voltan stabilecon, etendante ilian aplikan areon. Nova trendo inkluzivas plibonigon de DC ricevfinflua transkapacito, malpliiĝon de kommutado-malsukcesriskego, plibonigon de potencokvalito, kaj subtenon de grandscala renovabla integro.

En multterminaj DC-sistemoj, FCLs povas limigi kurenton sen afekti normalan operacion. Por DC ricevfinaj retoj, FCLs instalitaj sur defektopropagaj vojoj povas izoli regionojn, bloki defektpropagon, mallongigi kommutadomalsukcesperiodon, acceleri DC-potentrecuperadon, kaj mildigi potencdesilibrodisparon kaj potentfluotransferon de samtempaj mult-infeed DC-malsukcesoj, plibonigante tutan transestantan stabilecon. Por grandaj asinkronmotoroj, integrado de SFCLs en la stator-cirkvito ebligas molstarton kaj supresas defektkurentkontribuon, malpliiĝante volt-dipojn kaj plibonigante transestantan voltan stabilecon.

Por grandscala veturintegro, FCLs ĉe veturfarmo-konektopunktoj povas plibonigi defekt-travezan kapablon kaj malpliiĝi diskonectriskon. Rezistancaj FCLs postulas malpli altan impedancon ol induktaj tipoj por stabileco sub la sama defekt-tempo, sed induktaj tipoj oferas pli bonan plibonigon proksime de kritika stabileco.

Kiel FCL-teknologio maturos, ĉi tiuj rapide respondeblaj, multifunkciaj aparatoj—limigantaj defektojn, plibonigantaj stabilecon, kaj izolantaj defektojn—trovos pli larĝan aplikon.

5 Konkludo

FCLs efektive limigas mallongkurtojn, sed povas afekti potenco-angulan/voltan stabilecon, relu-protektadon, kaj rekonektadagordojn. Optimuma konfiguro kaj koordinata kontrolado de multoblaj FCLs aŭ kun FACTS-aparatoj promesas signifajn beneficiojn. Futuraj FCLs etendos pli ol nur kurentlimigo al plibonigo de DC-transsendo, malpliiĝo de kommutadmalsukcesoj, plibonigo de potencokvalito, kaj subteno de renovabla integro.

Tamen, teknikaj kaj ekonomiaj bariloj malhelpas grandskalan aplikon de alta-voltaj, alta-kapacitaj FCLs. Solido-stataj limitiloj, limigitaj per aparata kapacito kaj voltagradado, nuntempe estas restrikta al distribucia retoj. Progreso en alta-potenco memkomutantaj aparatoj povas superi ĉi tiujn botenejojn kaj malpliiĝi kostojn.

Superkonduktaj FCLs ofertas rapidan respondon kaj aŭtomatan triggeron, sed konfrontas altajn refrezkostojn, varm-disvastigajn defiojn, kaj longajn ekstingotempojn. Konsiderante proksiman taŭgecon kaj ekonomion, ekonomiaj FCLs bazitaj sur konvencia aparata estas la preferita solvo. Solido-stataj limitiloj, kun malpli alta teknika barilo kaj maturo, reprezentas la mainstreaman futuran direkton.