Toki Altenziak Limiteren Ezaugarri Analisia IEE-Business-en Tension Handiko Subestazioetan

1 Sarrera

Elektroenergiaren eskakimen handituari erantzun dezan, elektrizitatea sortzeko, bidaltzeko eta banatzeko sistemak antolatu behar dira. Hauetako garapen nagusien artean, itzal-igorriko intensitateak handitzen direla da arazo garrantzitsu bat. Itzal-igorriko intensitateen handipena hainbat arrisku gehiago eragiten ditu:

• itzal-bidean seriean konektatutako tresna askoren sobrekalestua;
• intensitatea itxitean voltaje transiente eta berreskuradoreen altuera handitzea, hortaz isolamendu-sistemak zeharkatzea;
• bobinak dituzten tresnean (adb., transformator, generatzaile, reaktor) mekaniko indarrak altu egotea;
• sistema estabilitatea galdu daiteke itzal-igorriko intensitatearen tamaina eta itxi beharreko denbora arabera;
• lehen existitzen diren itsatsailuak ezin izan daitezte itzal-igorriko intensitate handiagokoak itxi, horregatik kostu altuak bezala ordezkatu behar dira, kosta eta diruarekin; kostu hauek saihesteko, paraleloko transformatorei murriztapenak egin zaizkie edo sistema interkonexioa murriztu, hortaz trantsmisio-kapasitatea eta sistema fidagarritasuna kompromisuan jartzen dira;
• itzal-igorriko intensitate handiagoak korrigatzeko ekintzak luzatu egiten dira, horregatik igotegi-dienaren luzera luzeagoa eta ekonomiko galere handiagoa;
• sistema fidagarritasuna gutxitu.

Gaur egun, hiru soluzio nagusi daude hauetarako eragina murrizteko:

• itzal probabilitate txikiago duen sarrera egitea;
• itzal-igorriko kapasitate handiago duten itsatsailuak erabili edo itsatsailu ahulagoak kapasitate handiago dutenekin ordezkatzea;
• sistema aldatzea itzal-igorriko niveleak gutxitzeko. Soluzio hauek konbinatuta erabiliz lortzen da optimo diseinua mantentzen sistema fidagarritasuna onartzeko muga barruan. Baina, itzal probabilitatea ezin da guztiz kendu, eta potentsiala handiagoko itzal-igorriko intensitateetan oinarrituriko tresnak diseinatzea ez da komertzialki praktikoa. Hirugarren soluzioa hurrengo moduan zatitu daiteke:
  • sistema interkonexioa gutxitzea (adb., bus-splitting);
  • itzal-igorriko murrizgaiak (FCLs) aplikatzea.

Itsatsailuak ordeztzea kapasitate handiagoarekin kostu altu bat da eta kasu batzuetan ez da posible. Gainera, babestu sistemak itzal detektatzeko delaera une baten atzerapena dute releku spezifikazioetatik. Itsatsailuaren funtzionamendua eta arkua itxi beharreko prozesuak ez dira instantaneoak, normalki 3–5 siklo beharrezkoak itxi osoa lortzeko. Hortaz, itzal-igorriko intensitateak ezin dira itxi lehenengo 2–8 siklotan gertatzen direnean. Orduan, itzal-bidean seriean konektatutako tresnetan fluxu altuak joango dira, eta unerako hori ere zerretzailea izan daiteke, bereziki lehenengo sikloan DC osagaia altu denean.

Bus-splitting eta sistema interkonexio gutxitzea alternatiba bat da arazo hau konponatzeko. Baina, beste operazio-zailtasunak eragiten ditu, hala nola trantsmisio-kapasitate gutxitu, indar-fluxu aldatu eta galere handiagoa. FCLs beharrezkoak dira kostu altu eta arriskutsuak dituzten tresna babesteko. Proposatutako FCL estrategi guztiak oinarrituta daude seriean resistentsia altu bat sartzean itzalunean, baina bakarrik hedapenetan desberdindu. Ideal FCLaren ezaugarri desideragarriak hurrengoak dira:

• resistentsia oso baxua sistema elektroenergiaren baldintzetan normalak;
• resistentsia altu bat sartzea itzalunean;
• operazio azkarra itzal-igorriko intensitatearen DC osagaia murrizteko;
• hainbat aldiz operatzea eta berreskuratzeko aukera;
• harmonikoak sarrerik gabe sistema elektroenergiara;
• transiente overvoltages gutxitzea;
• fidagarritasuna altua.

2 Itzal-igorriko murrizgaien fidagarritasuna

FCLs aplikazioa substazioetan bi arrazoietatik motibatuta da:

• instalatutako itsatsailuak ordeztzea kostu altu bat da, hortaz FCLs erabiliz soluzio hau saihestu daiteke;
• substazio topologia mantentzea eta bus-splitting saihestea operazio edo fidagarritasun arazoetan. Une honetan, FCLen fidagarritasun ezaugarrien gaineko inolako informazio fidagarria ez dago; beraz, lan honetan teknikoki aztertuko dugu. FCL batzuek teknologia oso konplexuak dituzte, hortaz fidagarritasuna gutxitu daiteke.

FCL motu desberdinak daude, eta haien artean resonantzia-mota eta superkonduktore FCLs nabarmenagoak dira.

A. Resonantzia-mota FCLs

Resonantzia-mota FCLs konfigurazio anitz proposatu dira. Normalki, serieko resonantzia-mota eta paraleloko resonantzia-mota FCLs gisa sailkatzen dira. Resonantzia-mota FCLs itzal murrizteko ezaugarri zenbait dituzte, hurrengoak barne:

• korrientea ez itxiteko funtzionamendua;
• itzalunei erantzun azkarra;
• itzal-igorriko intensitatea kanpo jarriko duten tresna;
• berreskuratzeko aukera.

Baina, resonantzia-mota FCLs komponentu asko dituzte, eta fidagarritasuna komponentu bakoitzaren funtzionamendutan datza. Gainera, batzuek kanpo aktibatzaile bat behar dute, hortaz komponentu gehiago behar dira itzal-igorriko intensitatea detektatzeko eta aktibatzea abiarazteko. Honek sisteman konplexutasuna handitzen du eta fidagarritasuna gutxitzen du. Beraz, bere aktibatzaile dituzten FCLs fidagarriagoak dira.

B. Superkonduktore FCLs

Resonantzia-mota FCLs berdintsu, superkonduktore FCLs komponentu gutxiago dituzte eta bere aktibatzaile dituzte. Itzal-igorriko murrizteko estrategia erraza da eta superkonduktore materialen kontsumitu naturalean oinarrituta dago. Superkonduktoreak oso tenperatura baxuan besterik ez daude, hortaz superkonduktore FCLs goi-lanpen tresna gehiago behar dituzte, horrek investimentu kostua handitzen du. Lan honetan, FCLen aplikazioaren eragina substazio fidagarritasunan ebaluatzeko murriztu da.

3 FCLen hutsegite moduak

Beste tresna altu-tentsioaren substazioetan bezala, FCLs hutsegite modu desberdinak dituzte, eta hauek kontuan hartu behar dira fidagarritasuna ebaluatzean. Atal honek FCL motu desberdinen hutsegite tasa konparatzen ditu.

Sistema osoaren fidagarritasuna eta bere azpitsistemaren kopuruaren artean harremana oso dago, guztiak funtzionatu behar dituzte helburu orokorra lortzeko.

• A. Aktibo hutsegite moduak
• B. Pasibo hutsegite moduak
• C. Finkoa hutsegite moduak

Ehundu, kanpo aktibatzailea behar duten FCLs (externally triggered FCLs) hutsegite tasa altuagoa dute. Orokorrean, aktibatzailea edo kommutazioa duten FCLs hainbat sakelaketako sekuentzial funtzionamendua behar dute, doinu presizio eta koordinazioa eskatzen dute, horrek konplexutasuna konpontzeko itsatsailu tradizionalen aldetik handitzen du.

Resonantzia-mota FCLs (kanpo aktibatzailea edo bere aktibatzailea dituzten) finkoa hutsegite moduak agertu daitezke resonantzi elementuen ezaugarriak aldatzen direnean, tenperaturaren alderantzikuntza edo non-rated baldintzetan funtzionatzen direnean.

Superkonduktore FCLs horrelako hutsegite moduak gutxi gorabehera ez dira agertzen, soilik goi-lanpen exzesiboa dagoenean. Hortaz, esan daiteke superkonduktore FCLs ez dituzte horrelako hutsegite moduak. Kasu askotan, superkonduktore FCLs parametro ereduak dituzte eta milaka aktibazio eta berreskuratze sikloak egin ditzakete. Gainera, FCL txikiagoak erabili daiteke FCL handiagoen ordez, hortaz fidagarritasuna eta itzal-igorriko murriztea hobetu. Taula 1 laburbildu konparatzen ditu FCL motu desberdinen hutsegite modu desberdinen eragilea.

4 Aplikazio praktikoa

Figura 1an ikusten dugun adierazgarri substazio bat erabiliz FCLen aplikazioaren eragina substazio fidagarritasunan ebaluatuko dugu. Mantentzean, bus-sectioning itsatsailuak erabiltzea ohikoa da babestu esquematik eta substazio konfigurazioen oinarriztasuna hobetzeko. Substazio batean itzal-igorriko intensitatea itsatsailuaren itxi kapasitatea gainditzen duenean, bus-sectioning itsatsailua FCL batekin ordezkatzea soluzio posible bat da. Benetan, Inter-Bus FCL FCLen aplikazio arrunta da.

330 kV busra konektatutako karga guztiak berdinak direla suposatzen dugu. Fidagarritasun ebaluak karga 1etan eginiko da, 330 kV busren ezkerraldian, eta karga 5etan, 330 kV busren eskuinaldian. Karga fidagarritasuna hurrengo indiceekin ebaluatzen da: (1) Karga galera probabilitatea (%); (2) Igotegi orduko (U). 330 kV busa oso fidagarria dela suposatzen da. Kontu egin beharreko ez diren kalkulu gehiagorako, hiru baino gehiagoko komponente hutsegite moduak ez dira kontuan hartu. Horrelako hutsegite moduen eragilea oso baxua denez, suposamendu hau ez du errore handirik sartzen.

Taula 2 erakusten ditu komponenteen hutsegite tasa eta konponketako denbora. Ebaluazio hasierako bat egiteko, 330 kV busaren ezkerraldeko fidagarritasun indiceak kalkulatuko ditugu. Ebaluazio osoa eta konparatua egiteko, teoretikoki L1tik L7rako puntu guztiak kalkulatu beharko lituzkigu. Baina, karga hauek antolatuta eta bus bera bat dituztelako, hutsegite modu antolatuak dituzte. Beraz, bakarrik kalkulatu behar ditugu karga 1 puntuan (L1) 330 kV busaren ezkerraldean eta karga 5 puntuan (L5) 330 kV busaren eskuinaldean.

Aldiz, bi probabilitate-indice erabiliz ebaluazioa egin da: karga galera probabilitatea (f/urte) eta igotegi orduko (ordu/urte, A). Indice hauek erdi bat hutsegite kasuan ebaluatzen dira.

Bi komponente hutsegite kasuan, equivalent failure rate (λₑ), batezbesteko igotegi orduko (r), eta igotegi orduko (u) hurrengo moduan adierazten dira:

Hiru mailako hutsegite kasuan, hurrengo moduan adierazten da:

Hutsegite modu guztiak kontuan hartuz, hutsegite tasa totala eta igotegi orduko totala hurrengo moduan kalkula daitezke:

Taula 3 erakusten ditu kargaren fidagarritasun ebaluazio emaitzak.

Orain, kalkulua 230 kV busra konektatutako feederei buruz egin da. Taula 4 erakusten ditu LS puntuerako emaitzak.

5 Iraultza

Lan honek itzal-igorriko murrizgaien (FCLs) aplikazioa substazio fidagarritasuna hobetzeko, matematika modelua eta fidagarritasun kalkulatzeko prozedura deskribatzen ditu, eta FCLen aplikazioaren eragina substazio fidagarritasunan ebaluatzen du. Emaitzak adierazten dute substazio fidagarritasuna FCLen erabiliz hobetu dela. Sensibilitate analisia eginda, FCLen aktibo hutsegite tasa, pasibo hutsegite tasa eta konponketako denbora parametroen eragina fidagarritasun indiceen gain ebaluatu da.