تعریف کنترل‌کننده‌های هیبریدی HVDC

تعریف‌های برای شیرهای هیبریدی HVDC

تعریف‌های استاندارد برای شیرهای AC

• محدودیت‌ها: تعریف‌های استاندارد برای شیرهای AC به طور مستقیم به حفاظت HVDC ترجمه نمی‌شوند زیرا بازه‌های زمانی و دینامیک‌های مربوطه متفاوت هستند.
• بازه‌های زمانی: شیرهای AC نسبت به شیرهای DC زمان عملکرد相对较长。通常，交流断路器在保护动作时所中断的故障电流几乎已达到稳态，但情况并非总是如此。

شیرهای HVDC

• زمان پاسخ: شیرهای HVDC باید قبل از اینکه جریان خطا DC به مقدار ثابت برسد، عمل کنند، به دلیل محدودیت‌های الکترونیکی در داخل شیرها و خود مبدل‌ها.

شعبات کلیدی و وظایف آنها

1. شعبه اصلی:

   • در طول عملکرد عادی جریان را منتقل می‌کند.

2. شعبه فرعی:

   • برای مدت کوتاهی جریان خطا را منتقل می‌کند.

3. شعبه جذب انرژی:

   • ولتاژ روی شیر را محدود می‌کند و هر انرژی اضافی از شبکه DC را جذب می‌کند.

تعریف‌های کلیدی زمانی برای شیرهای هیبریدی

1. شروع خطا (Tf):

   • لحظه‌ای که شرایط الکتریکی شبکه تغییر کرده و وضعیت جریان بیش از حد ایجاد می‌شود.

2. زمان تشخیص:

   • زمانی که از شروع خطا تا لحظه‌ای که سیستم حفاظت خطا را تشخیص می‌دهد طول می‌کشد.

3. زمان موقعیت‌یابی:

   • زمانی که سیستم حفاظت از لحظه تشخیص خطا تصمیم می‌گیرد کدام شیرها را باز کند.

4. زمان عملکرد:

   • زمانی که شیر از حالت "بسته" به حالت "باز" تغییر می‌کند.

5. زمان قطع (Tint):

   • زمانی که از شروع خطا تا لحظه‌ای که شیر ولتاژ کافی برای مقاومت قابل توجه در برابر جریان خطا ایجاد می‌کند طول می‌کشد.

6. زمان تغییر (Tcom):

   • زمانی که جریان در شعبه اصلی به صفر یا به اندازه‌ای نزدیک به صفر کاهش می‌یابد که مرحله بعدی عملکرد شیر می‌تواند انجام شود.

7. زمان پاکسازی (Tclr):

   • زمانی که از شروع خطا تا لحظه‌ای که جریان خط DC به صفر یا به جریان زانوی واریستورها (I_knee) می‌رسد طول می‌کشد.

8. زمان عملکرد محدودکننده جریان (Tlim):

   • زمانی که شیر شروع به عملکرد به عنوان محدودکننده جریان خطا می‌کند.

شیر هیبریدی پیشگیرانه PHCB HVDC طراحی شده توسط ABB

مرور طراحی

شیر هیبریدی پیشگیرانه PHCB HVDC، طراحی شده توسط ABB، شامل دو شعبه موازی است:

1. مسیر جریان عادی:

   • سوئیچ مکانیکی: در طول عملکرد عادی بسته می‌ماند.
   • سوئیچ تغییر بار (LCS): یک دسته سری از سوئیچ‌های نیمه‌رسانا که در طول عملکرد عادی روشن می‌شود.

2. عناصر اصلی قطع جریان:

   • شیر اصلی: یک دسته از سوئیچ‌های نیمه‌رسانا که در طول عملکرد عادی خاموش می‌باشد.

3. شعبه جذب انرژی:

   • با شعبه فرعی ترکیب شده تا عملکرد اضافی به شیر اضافه کند. این امکان را فراهم می‌کند که بخش‌های مختلف شعبه فرعی به طور مستقل از یکدیگر کنترل شوند. این ویژگی به شیر اجازه می‌دهد در شرایط خاص به عنوان محدودکننده جریان خطا عمل کند.

عملکرد عادی

• جداکننده: بسته
• LCS: روشن
• شیر اصلی: خاموش

عملکرد در شرایط خطا

1. تشخیص خطا:

   • LCS خاموش می‌شود.
   • شیر اصلی روشن می‌شود.
   • LCS ولتاژ کافی برای تغییر جریان از شعبه اصلی به شعبه فرعی ارائه می‌دهد.
   • LCS ممکن است قبل از تأیید خطا فعال شود، این امکان را فراهم می‌کند که الگوریتم تشخیص خطا به طور موازی با عملکرد شیر پردازش شود.

2. انتقال جریان:

   • هر وقت کل جریان از طریق شیر اصلی جریان می‌یابد، جداکننده مکانیکی با سرعت بالا باز می‌شود.
   • وقتی که سوئیچ مکانیکی کاملاً باز شود، شیر اصلی خاموش می‌شود، جریان شیر اصلی قطع می‌شود و انرژی خط در واریستورها مصرف می‌شود.
   • سوئیچ جداکننده با سرعت کم جریان باقی‌مانده برای قطع جریان نشتی از طریق شیر اصلی و دستگاه‌های مرتبط استفاده می‌شود، که ممکن است به تبعیض طراحی شعبه جذب انرژی قابل توجه باشد. این سوئیچ همچنین جداسازی کامل را فراهم می‌کند.

مثال توضیحی

شکل 3 یک موج جریان خطا نمونه با برچسب‌های زمان و جریان را نشان می‌دهد. دینامیک‌ها برای اینکه تعاریف به راحتی قابل رسم باشند، بیش از حد تقویت شده‌اند:

• شروع خطا (Tf): لحظه اولیه وقوع خطا.
• زمان تشخیص: زمان از Tf تا تشخیص خطا.
• زمان موقعیت‌یابی: زمان از تشخیص تا تعیین کدام شیرها باید باز شوند.
• زمان عملکرد: زمانی که شیر از حالت بسته به باز تغییر می‌کند.
• زمان قطع (Tint): زمان از Tf تا ایجاد ولتاژ کافی برای مقاومت در برابر جریان خطا.
• زمان تغییر (Tcom): زمانی که جریان در شعبه اصلی کاهش می‌یابد.
• زمان پاکسازی (Tclr): زمان از Tf تا جریان صفر یا I_knee.
• زمان عملکرد محدودکننده جریان (Tlim): زمانی که شیر شروع به محدود کردن جریان خطا می‌کند.

خلاصه

شیر هیبریدی پیشگیرانه PHCB HVDC، طراحی شده توسط ABB، سوئیچ‌های مکانیکی و نیمه‌رسانا را ترکیب می‌کند تا محافظت سریع، قابل اعتماد و کارآمد در برابر خطا برای سیستم‌های HVDC فراهم کند. تعاریف و بازه‌های زمانی برای شیرهای هیبریدی HVDC چالش‌ها و نیازهای منحصر به فرد حفاظت DC را برجسته می‌کنند و تأکید می‌کنند که نیاز به عملکرد سریع و دقیق برای اطمینان از ایمنی و پایداری سیستم وجود دارد.