Ko'nikma Oqim Cheklovchilari | Texnologiya va Tarmoq Barqarorligi Ta'siri

1 Ta'sirli tok cheklovchi (FCL) texnologiyasiga kirish

Aniq tushuntirilgan ta'sirli tok cheklovchi usullar - masalan, yuqori impedansli transformatorlarni, aniq reaktorlarni yoki bo'lgan joyda ishlaydigan bo'lgan joydan o'tishni ishlatish - tizim strukturasini buzish, qonuniy rejimda tizim impedansini oshirish va tizim xavfsizligini va barqarorligini kamaytirish kabi zamonaviy zaruratlarga javob berishga qadar nihoyatlik kamchiliklarga ega. Bu yondashuvlar bugungi kompleks va katta o'lchamli elektr tarmoqlari uchun o'zaro mos kelmaydi.

Aksincha, ta'sirli tok cheklovchi texnologiyalari, Fault Current Limiters (FCL) bilan ifodalangan, normal ishlash jarayonida past impedansni ko'rsatadi. Ta'sir paytida FCL tez-tez yuqori impedans holatiga o'tadi, shundan so'ng ta'sirli tokni pasaytirib, uning dinamik boshqarishini ta'minlaydi. FCL-lar energetika elektronikasi, superdirillik va magnitlik tuzilma boshqarishi kabi yangi texnologiyalar bilan integratsiya qilingan traditsionallik ma'noda seriyali reaktor asosidagi tok cheklovlari konseptsiyasidan rivojlangan.

FCLning asosiy printsipi Figure 1 da ko'rsatilgan modelga o'xshash tarzda soddalashtirilishi mumkin: normal ishlash jarayonida K kaliti yopiladi, FCL tomonidan hech qanday tok cheklovchi impedans yoqilmasdan. Faqatgina ta'sir paytida K tez-tez ochiladi, reaktorni o'rnatib, ta'sirli tokni cheklash uchun.

Ko'plab FCL-lar bu asosiy model yoki uning kengaytirilgan variantlari asosida qurilgan. Turli FCL-lar orasidagi asosiy farqlar, tok cheklovchi impedansning tabiatida, K kalitining amalga oshirilishi va bog'liq boshqaruv strategiyalari.

2 FCL amalga oshirish shakllari va qo'llanilish holati

2.1 Superdirillik ta'sirli tok cheklovchilari (SFCL)

SFCL-lar, superdirillikning superdirillikdan normal holatga o'tishini (S/N o'tish) tok cheklovchilarda foydalanishiga qarab quench-turi yoki non-quench-turi bo'lib ajratiladi. Struktur jihatdan ular resistiv, most turi, magnitlik himoya, transformator turi yoki doimiy kerakli turlarga bo'linadi. Quench-turi SFCL-lar temperaturaning, magnit maydonning yoki tokning kritik qiymatlarini o'tkazish paytida (S/N o'tishni aktivlashtirish), superdirillik material zero direktsiyadan yuqori direktsiyaga o'tadi, shundan so'ng ta'sirli tok cheklanadi.

Non-quench-turi SFCL-lar superdirillik spirallarini boshqa komponentlar (masalan, energetika elektronikasi yoki magnit elementlar) bilan biriktiradi va operatsion rejimlarni boshqarish orqali qisqa mo'ljalar toki cheklash. SFCL-larning praktik qo'llanilishi umumiy superdirillik muammolarga, masalan, narx va sovutish samaradorligiga duch keladi. Qo'shimcha ravishda, quench-turi SFCL-lar uzun tiklash muddatga ega, bu tizim qayta ulashiga zid bo'lishi mumkin, non-quench-turi SFCL-larning impedans o'zgarishlari rele boshqaruvni moslashtirishga ta'sir qilishi mumkin, shuning uchun qayta sozlash talab qilinadi.

2.2 Magnit elementli tok cheklovchilari

Ular flux bekor qilish va magnitdoimiylik kalitli turlarga bo'linadi. Flux bekor qilish turida, ikki qarama-qarshi polusga ega bo'lgan ikki spira bir xil oyog'ga o'rnatiladi. Normal shartlarda teng va qarama-qarshi fluxlar o'zaro bekor qiladi, natijada past chiqish impedansi hosil bo'ladi.

Ta'sir paytida, bir spira o'tkazilsa, flux balansi buziladi va yuqori impedans paydo bo'ladi. Magnitdoimiylik kalitli turda, normal shartlarda DC bias yordamida o'tkazish spirasini doimiylik holatiga olib borish orqali past impedans paydo bo'ladi. Ta'sir paytida, ta'sirli tok oyog'ni doimiylik holatidan chiqaradi, shundan so'ng tok cheklash uchun yuqori impedans paydo bo'ladi. Kompleks boshqaruv talablari sababli, magnit elementli cheklovchilar cheklangan qo'llanilishga ega.

2.3 PTC direktsiyali tok cheklovchilari

Musbat Temperatura Koeffitsientli (PTC) direktsiyalari chiziqli emas; ular normal shartlarda past direktsiya va minimal issiqlikni ko'rsatadi. Qisqa mo'ljada, ularning harorati tez-tez oshadi, millisekundlar ichida direktsiya 8-10 martalab oshadi. PTC direktsiyalari asosidagi FCL-lar past voltajli qo'llanmalarda savdo qilindi.

Omadan, kamchiliklari o'z ichiga oladi: induktiv tok cheklash paytida yuqori voltaj paydo bo'lishi (parallel yuqori voltaj himoyasi talab qilinadi); ishlash paytida direktsiyalar kengayishi sababli mexanik stress; cheklangan voltaj/tok reytinzi (yuzlar soni volt, bir nechta amp), serial parallel ulanishlarni talab qiladi va yuqori voltajli qo'llanmalar uchun cheklov; va uzun tiklash muddati (bir nechta daqiqa) qisqa ish muddati, katta o'lchamli qo'llanishga cheklov.

2.4 Solid-State ta'sirli tok cheklovchilari (SSCL)

SSCL-lar energetika elektronikasiga asoslangan yangi turdagi qisqa mo'ljalar cheklovchilari, ular adashik reaktorlar, energetika elektronikasi qurilmalari va boshqaruv qurilmalardan iborat. Ular turli topologiyalarni, tez javobni, yuqori ish rejaligini va oddiy boshqaruvni taqdim etadi. Energetika elektronikasi qurilmalari holatini boshqarish orqali, SSCL ning ekvivalent impedansi o'zgartirilib, ta'sirli tok cheklanadi. Yangi FACTS qurilmasi sifatida, SSCL-lar o'zaro e'tibor solishmoqda. Biroq, ta'sir paytida, energetika elektronikasi qurilmalari to'liq ta'sirli toki ta'minlashi lozim, bu juda yuqori qurilma imkoniyatlarini va kapasitetini talab qiladi. Bir nechta SSCL yoki boshqa FACTS boshqaruv tizimlari orasidagi moslashtirish muhim muammoga aylanadi.

2.5 Ekonomik tok cheklovchilari

Ular maturni texnologiyani, yuqori ishonchli, past narxli va tashqi boshqaruvsiz avtomatik o'zgarishni taqdim etadi. Ular asosan ark toki o'tkazish va seriyali rezonansli turlarga bo'linadi. Ark toki o'tkazish turi vakuum kaliti va tok cheklovchi direktsiyani parallel ulanganda tashkil topadi. Normal ishlash jarayonida yuk toki kalit orqali o'tadi. Qisqa mo'ljada, kalit ochiladi, toki direktsiyaga o'tkaziladi va tok cheklanadi.

Masalalar oʻz ichiga oladi: vakuum ark voltajasi va qoldiq induktivlik tasirida oʻtish aktrisi; oʻtkazgich tezligiga bogʻliq boʻlgan oʻtish vaqtini; va past ark voltajlarida aktri oʻtishidagi qiyinchiliklarni, bu erda yordamchi qurilmalar ark voltajini oshirish va aktri nol kesishini majbur qilish uchun talab qilinadi. Seriya rezonansli FCL-lar doimiy saturatsiyaga yetgan reaktorlar yoki toshlash qorovullaridan foydalanadilar. Oddiy shartlarda kondensator va induktor seriya rezonansda, past impedansga ega. Xato paytda, katta aktri reaktorni saturatsiya qiladi yoki qorovulni faollashtiradi, rezonansni notoʻgʻrilaydi va chet elchini chiziqa cheklash uchun joylashtiradi. Elektromagnit repulsiyali tez oʻtkazgichlar kondensatorni tez oʻtkazishi mumkin.

2.6 FCL inzheneriyaviy qoʻllanmalarining hozirgi holati

Amaliy qiymat uchun, FCL-lar xatolik paytlarida tez impedansni joylashtirishdan tashqari, avtomatik tiklash, bir necha marta ushbu amallarni takrorlash, past harmonikani yaratish, va qabul qilinishi mumkin boʻlgan investitsiya va ishlash narxiga ega boʻlishi kerak. Hozirgi paytda, texnik masalalar va samarali narxlar cheklov qilishiga qaramay, dunyo maydonida turli sinov prototiplari ishlab chiqilgan boʻlsa-da, haqiqiy tarmoq qoʻllanmalari kam, asosan past voltaj, kichik quvvatli sinov loyihalariga chegaralangan.

Bu soha xorijda koʻproq oldindan boshlangan, solidd va superconducting FCL-larning kommersializatsiyasida noqoldi. 1993-yilda, AQSh New Jersey Army Power Center-da 4.6 kV feederda 6.6 MW solidd oʻtkazgich GTO-parallel GTO-lardan foydalanib oʻrnatildi, bu 300 μs ichida xatolikni bartaraf etish imkoniyatini beradi. 1995-yilda, EPRI va Westinghouse tomonidan ishlab chiqilgan 13.8 kV/675 A solidd FCL PSE&G substationda ishga tushirildi. Superconducting FCL-lar uchun, 1998-yilda ACEC-Transport va GEC-Alsthom tomonidan ishlab chiqilgan AC/DC hybrid FCL kommersializatsiya qilindi. 1999-yilda, General Atomics va boshqalar tomonidan ishlab chiqilgan 15 kV/1200 A SFCL Southern California Edison (SCE) substationda joylashtirildi.

Mavjud FCL tadqiqotlari keyin boshlandi, lekin tez rivojlanishga erishdi. 2007-yilda, Tianjin Electromechanical Holdings va Beijing YunDian YingNa Superconductor Cable Co., Ltd. tomonidan ishlab chiqilgan 35 kV superconducting saturated-core FCL Yunnan Puji Substationda tarmoq bilan bogʻliq sinov ish rejimida ishga tushirildi - unda dunyodagi eng yuqori voltaj, eng katta quvvatga ega superconducting cheklovchi qurilma sinov rejimida ishga tushirildi. Seriya rezonansli FCL-lar uchun, China Electric Power Research Institute, Zhongdian Puri va East China Grid tomonidan ishlab chiqilgan Xitoyning birinchi 500 kV qurilmasi 2009-yilda 500 kV Bingyao Stationda ishga tushirildi, qisqa zanjirli aktrini 47 kA dan pastga tushirishga erishildi.

Dunyo miqyosida, FCL qoʻllanmalar hali individual loyihalarga chegaralangan, lekin uning ehtiyoji oshmoqda. Quvvat, voltaj kuchlanishi, materiallar yaxshilanishi, issiqtini tortish, narxni boshqarish va topologiya optimallashtirish boʻlgan tadqiqotlar orqali samarali potentsial hali mavjud.

3 FCL integratsiyasi energo tarmogʻining xavfsizligi va barqarorligiga ta'siri

Xatolik paytlarida FCL-larning tez impedansni joylashtirish, effektiv ravishda aktrini cheklashsa, tarmoq parametrlarini oʻzgartiradi, bu esa qisman barqarorlik, voltaj barqarorligi, rele himoya sozlamalari va qayta yoqishga ta'sir qiladi. Yomon boshqarish negativ natijalarga olib kela oladi. Bir necha FCL-larning eng yaxshi ish rejimini olish uchun moslashuvchan boshqarish va optimal konfiguratsiya muhimdir.

3.1 Rele himoya va qayta yoqish sozlamalari ga ta'siri

Saturatsiyaga yetgan SFCL-lar uchun, uzun tiklash vaqti xatolikdan keyin umumiy impedansni saqlashi, avtomatik qayta yoqish va rele himoya sozlamalarini qayta sozlash talab qiladi. Adabiyotda generator va asosiy transformator guruhlari uchun quench-type SFCL-larni oʻrnatish tavsiya etiladi; qayta sozlashingiz kerak, lekin tiklash paytda davom etadigan yuqori impedans qisman toʻxtatish rezistori sifatida ishlaydi, bu esa qisman barqarorlikka foydali. SFCL-larni hisobga olgan turli masofa himoya sozlamalari taqdim etilgan. Solidd FCL-lar thyristor trigger signal, bypass breaker kontaktlari, FCL oʻtkazgich holati va GAP shemalaridan foydalanib zero-sekvensiya aktri himoya sozlamalarini oʻzgartirish mumkin, bu FCL joylashtirilgandan keyin aniqlik masalalarini hal qiladi.

3.2 Qisman quvvat-burchak barqarorligiga ta'siri

FCL-lar oddiy shartlarda past impedansda, xatolik paytlarida esa yuqori impedansda ishlaydi, ammo ularning xususiy ish rejimi va strukturi qisman quvvat-burchak barqarorligiga turli ta'sir qiladi. Solidd va superconducting FCL-lar, xatolik paytlarida yuqori impedansni joylashtirish orqali, generatorning elektromagnit quvvat chiqishini oshirish va qisman barqarorlikni yaxshilash imkoniyatini beradi.

Rezistiv FCL-lar, induktiv turlariga nisbatan, damplash resistansi orqali generator quvvatini koʻproq sarflash orqali barqarorlikni yaxshilaydi. Ammo, notoʻgʻri resistans qiymatlari generatorga qaytariladigan quvvatni yaratish, shuning uchun quvvat defitsiti yuz berganda. Tahlillar koʻrsatadi, ki, generatorlardan uzoqda xatoliklar boʻlganda, umumiy transfer reaktivlik kamayishida induktiv SFCL-lar yaxshiroq ta'sir qiladi. Rezistiv SFCL-lar ham belgilangan rezistansdan oʻtib ketganda oxirgi xususiyatga ega boʻladi.

Ta'sir xatolik manzili va turiqa bogʻliq; FCL-lar faqat ular oʻrnatilgan chiziqlarda xatolik yuz berishda quvvat-burchak barqarorligiga ta'sir qiladi. Chiziq boshidagi asimetrik xatoliklar uchun, FCL induktivligi barqarorlikka foyda qiladi, bu induktivlik qiymati bilan oshadi. Chiziq oxirida, agar xatolik tez bartaraf etilsa, FCL induktivligi barqarorlikka zarar yetkazishi mumkin, ammo fazalararo va ikki fazaga yerga xatoliklar uchun bu salbiy ta'sir yuqori induktivlik bilan kamayadi. Chiziq oxiriga yaqin boʻlganda fazalararo yoki fazaga yerga xatoliklar uchun, ozroq xatolikni bartaraf etish vaqtini uzaytirish kichik FCL induktivligi barqarorlikka foyda qiladi, bu tez bartaraf etishga nisbatan juda ortiqcha sving krestining amplitudini kamaytiradi.

3.3 Qisman voltaj barqarorligiga ta'siri

Qisqa zanjirli xatoliklar voltajni pasaytiradi, bu esa jihoz ish rejimiga ta'sir qiladi va iqtisodiy zararlarga olib kela oladi. PSCAD asosidagi tahlillar koʻrsatadi, ki, aniq darajada katta FCL induktivligi voltaj pasayishini yaxshilaydi. FCL-larning xatolik voltajini yaxshilashga malakasi tarmoq tuzilishiga bogʻliq. Radial chiziqlarda, FCL reaktivlik >0.5 pu xatolik paytlarida voltajni 0.8 pu dan yuqoriga saqlash mumkin. Xatolik bus-dagilokda lokal generatsiya yoki reaktiv yordam berish FCL-ga bogʻliqligini kamaytiradi.

3.4 Aniqlik cheklov choralariga moslash

FCL-larni traditsion cheklov choralariga (masalan, reaktorlar, yuqori impedansli transformatorlar) moslash, amaliy qoʻllanish uchun muhimdir. 0–1 oʻzgaruvchilar orqali choralar joylashtirish va butun sonli oʻzgaruvchilar orqali quvvatni ifodalovchi avtomatik optimallashtirish usuli, moslash konfiguratsiyasini boshqarish uchun yechiladigan butun sonli dasturli masalani tashkil etadi, bunda branch-and-bound usullaridan foydalaniladi.

3.5 Konfiguratsiya optimizatsiyasi

Ko'p FCL bilan ishlashda, samarali ish rejimini ta'minlash uchun joylashuv, soni va parametrlarni optimallashtirish - bu tadqiqotlarning eng mashhur sohasi. Kichik tarmoqlar uchun sanalish yoki quvvat o'zgarishi/yuqori yo'qotilish tezligiga asoslangan usullar yetarli bo'ladi. Ko'p ulushlari bor va qisqa zanjir chegarasidan o'tkazadigan katta tarmoqlar uchun, sanalish hisob-kitoblar jihatdan murakkablasa ham, bir nechta maqsadga ega masalalar (impedans, soni, joylashuv) uchun yetarli emas.

Genetika yoki zarrachalik ro'yxati algoritmlaridan foydalanib, vaznli bir nechta maqsadga ega optimallashtirish ko'pincha qo'llaniladi, lekin natijalar o'z ichiga oladigan vazn tanlanishiga juda bog'liq. Sensitivitetga asoslangan usullar, shu jumladan qism impedansiga nisbatan qisqa zanjir quvvatining o'zgarishini hisoblaydi, vazn tanlanishiga bog'liqligini oldini oladi va optimal FCL joylashuvini, sonini va impedansini aniqlashga yordam beradi. Asosiy maqsad quvvat cheklash bo'lib, optimallashtirish barcha ulushlarda yetarli emas bo'lgan qisqa zanjir chegarasini ta'sir qiladigan tanlangan FCL joylashuvini cheklashni mustahkamlashga qaratilishi kerak. Haqiqiy dunyodagi optimallashtirishda xarajatlar va ish rejimida yuzaga keladigan yo'qotmalar ham muhim omillar hisoblanadi.

4 FCL-lar rivojlanishi va qo'llanilishi tendentsiyalari

4.1 FCL texnologiyasi tadqiqotlari tendentsiyalari

Afzalliklardan foydalanish va kamchiliklarni kamaytirish uchun yangi tadqiqot yo'nalishlari paydo bo'ldi. Superconducting FCL-larni energiya saqlash bilan birlashtirish - bu populyar mavzu, xato paytlarida energiyani o'z ichiga oladi va normal ish rejimida elektr energiyasining sifatini yaxshilash uchun unga ta'minot etadi, ikki xil foydani ta'minlaydi. Asosiy nuqta - quvvat shakllantirish tizimini ishlab chiqish.

Katta quvvat talablarini, narx va solid-state limiters orqali armonik qisqartirishni hal qilish uchun, transformator bilan bog'langan uchfazli most SSCL-lar va parallel induktorsiz takomillashtirilgan topologiyalar taqdim etilgan. Aniqlik FCL-lar dinamik moslashish va doimiy kompensatsiyada qarama-qarshi bo'lib, ko'proq funksiyali FCL takomillashtirildi: normal ish rejimida kapasitor bankasini qadam qadam liniya kompensatsiyasi uchun o'zgartirish orqali, xato paytlarida GTO yoki IGCT lar seriyaviy induktor orqali cheklash darajasini boshqaradi, aniqroq qo'llanish imkoniyatini beradi. Seriyaviy kompensatsiya sub-sinkronik osilishlarni oldini olish uchun dikkat bilan tanlanishi kerak.

4.2 FCL-lar qo'llanilishi tendentsiyalari

FCL-lar faqat qisqa zanjir quvvatini cheklamay, mos shartlarda, quvvat burchak va elektr energiyasining to'qnolishini oshirishda ham ishlatilishi mumkin, bu ularning qo'llanilish sohasini kengaytiradi. Yangi tendentsiyalar DC qabul qiluvchi tarmoqdagi uzatish quvvatini oshirish, commutation xatosi riskini kamaytirish, elektr energiyasining sifatini yaxshilash va katta hajmdagi yangi energiya integratsiyasini qo'llab-quvvatlashni o'z ichiga oladi.

Ko'p ulushli DC tizimlarda, FCL-lar normal ish rejimini ta'sir qilmadan quvvatni cheklash imkoniyatini beradi. DC qabul qiluvchi tarmoqlar uchun, xato tarqatish yo'llarida o'rnatilgan FCL-lar hududlarni ajratish, xato tarqatishni to'xtatish, commutation xatosi davom etish muddatini qisqartirish, DC quvvatini tiklashni tezlashtirish va bir nechta kirishli DC xato holatlaridagi bir vaqtning o'zida quvvat notog'ri tarqalishini va quvvat o'tishini kamaytirish, umumiy transiente to'qnolishni oshirish imkoniyatini beradi. Katta hajmdagi asinxron motorlarda, stator devorasiga SFCL-larni integratsiya qilish yumshoq ishga tushirish va xato quvvat hisobiga ta'sir qilishni cheklash imkoniyatini beradi, bu esa voltaj dipini kamaytiradi va transiente voltaj to'qnolishini yaxshilaydi.

Katta hajmdagi shamol integratsiyasi uchun, shamol fermalari ulashish nuqtalaridagi FCL-lar xato o'tish quvvatini yaxshilash va ajratish riskini kamaytirish imkoniyatini beradi. Qattiq FCL-lar, inductiv turli xatolik davrida bir xil stabillikni ta'minlash uchun inductiv turdan kam impedans talab qiladi, ammo inductiv turli xatolikning kritik stabillikka yaqin joylarda yaxshiroq yengilashishni ta'minlaydi.

FCL texnologiyasi rivojlanganida, bu tez javob beruvchi, bir nechta funksiyali qurilmalar - xato cheklash, to'qnolishni oshirish va xato ajratish - keng qo'llanilishi mumkin.

5 Xulosa

FCL-lar samarali qisqa zanjir quvvatini cheklaydi, ammo quvvat burchak/voltaj to'qnolishiga, relay himoyasiga va qayta yoqish sozlamalariga ta'sir qilishi mumkin. Bir nechta FCL-lar yoki FACTS qurilmalar bilan moslashish va koordinatsiya qilish samarali nihoyaga erishishga imkoniyat beradi. Kelajakdagi FCL-lar faqat quvvat cheklashdan balki DC uzatishni yaxshilash, commutation xatosi kamaytirish, elektr energiyasining sifatini yaxshilash va yangi energiya integratsiyasini qo'llab-quvvatlashga olib boradi.

Omadan, texnik va iqtisodiy barqarorliklar katta quvvat, katta hajmdagi FCL-larning keng qo'llanilishini o'zgartiradi. Solid-state limiters, qurilma quvvati va voltaj reytinqi cheklanishiga ko'ra, hozirgi paytda taqsimot tarmoqlariga cheklanadi. Yuqori quvvatli avtomatik kommutatsiya qurilmalaridagi rivojlanishlar bu barqarorliklarni yengilla va narxlarni pasaytirishga yordam berishi mumkin.

Superconducting FCL-lar tez javob berish va o'z-avtomatik ravishda ishga tushish imkoniyatini beradi, ammo yuqori sovutish narxlari, issiqlik yo'qotish muammolari va uzun quench qayta tiklash muddatlariga ega. Yaqqinda amalga oshirish va iqtisodiy to'g'risi qaraganda, IEE-Business-usual qurilmalarga asoslangan ekonomik FCL-lar eng yaxshi yechimdir. Solid-state limiters, pastroq texnik barqarorlik va o'sish darajasi bilan, kelajakdagi asosiy yo'nalishni ifodalaydi.