Hybride HVDC-schakelaardefinities

Definities voor hybride HVDC-schakelaars

Standaard definities voor wisselspannings-schakelaars

• Beperkingen: De standaard definities voor wisselspannings-schakelaars zijn niet direct toepasbaar op HVDC-bescherming omdat de tijdsframes en dynamiek verschillend zijn.
• Tijdsframes: Wisselspannings-schakelaars hebben relatief veel tijd om te handelen in vergelijking met gelijkspannings-schakelaars. Meestal hebben de stroomonderbrekingen die een wisselspannings-schakelaar onderbreekt bijna de stabiele toestand bereikt tegen de tijd dat de bescherming werkt, maar dit is niet altijd het geval.

HVDC-schakelaars

• Reactietijd: HVDC-schakelaars moeten handelen voordat de gelijkstroomstoring de stabiele toestand heeft bereikt, vanwege de beperkingen van de elektronica binnen de schakelaars en de converters zelf.

Belangrijke takken en hun functies

1. Primaire tak:

   • Leidt de stroom tijdens normale bedrijfsomstandigheden.

2. Secundaire tak:

   • Leidt de storingstroom gedurende een korte periode.

3. Energie-absorptie-tak:

   • Begrenst de spanning over de schakelaar en absorbeert eventuele extra energie uit het DC-netwerk.

Belangrijke tijdsdefinities voor hybride schakelaars

1. Begin van storing (Tf):

   • Het moment waarop de elektrische omstandigheden van het netwerk veranderen, wat resulteert in een overstroomconditie.

2. Detectietijd:

   • De tijd die nodig is vanaf het begin van de storing tot het moment dat het beschermingssysteem de storing detecteert.

3. Lokalisatietijd:

   • De tijd die nodig is voor het beschermingssysteem om te beslissen welke schakelaars open moeten gaan vanaf het moment dat een storing wordt gedetecteerd.

4. Operatietijd:

   • De tijd die nodig is voor de schakelaar om over te gaan van de "Gesloten" staat naar de "Open" staat.

5. Onderbrekingstijd (Tint):

   • De tijd tussen het begin van de storing en het moment dat de schakelaar voldoende spanning heeft opgebouwd om de storingstroom aanzienlijk te weerstaan.

6. Commutatietijd (Tcom):

   • De tijd die nodig is voor de stroom in de primaire tak om af te nemen tot nul, of zo dicht bij nul dat de volgende fase in de operatie van de schakelaar kan plaatsvinden.

7. Clearing Time (Tclr):

   • De tijd die nodig is vanaf het begin van de storing tot het moment dat de DC-lijnstroming nul bereikt, of de kniestroom van de varistoren (I_knee) wordt bereikt.

8. Stroombegrenzingsoperatietijd (Tlim):

   • Het moment waarop de schakelaar begint te werken als een stroombegrenzer.

ABB ontworpen proactieve hybride schakelaar (PHCB) HVDC

Ontwerpoverzicht

De Proactieve Hybride Schakelaar (PHCB) HVDC, ontworpen door ABB, bestaat uit twee parallelle takken:

1. Normale stroomweg:

   • Mechanische schakelaar: Blijft gesloten tijdens normale bedrijfsomstandigheden.
   • Belastingscommutatieschakelaar (LCS): Een laagspanningsreeks van halfgeleiderschakelaars die tijdens normale bedrijfsomstandigheden ingeschakeld is.

2. Hoofdstroomonderbrekingselement:

   • Hoofdschakelaar: Een stapel halfgeleiderschakelaars die tijdens normale bedrijfsomstandigheden uitgeschakeld is.

3. Energie-absorptie-tak:

   • Gecombineerd met de secundaire tak om functionaliteit toe te voegen aan de schakelaar. Dit maakt het mogelijk om secties van de secundaire tak onafhankelijk van elkaar te schakelen. Deze functie stelt de schakelaar in staat om in bepaalde situaties te fungeren als een stroombegrenzer.

Normale bedrijfsomstandigheden

• Afkoppeling: Gesloten
• LCS: Ingeschakeld
• Hoofdschakelaar: Uitgeschakeld

Bedrijfsomstandigheden bij storing

1. Storingdetectie:

   • De LCS wordt uitgeschakeld.
   • De hoofdschakelaar wordt ingeschakeld.
   • De LCS levert voldoende spanning om de stroom van de primaire tak naar de secundaire tak te commuteren.
   • De LCS kan worden getriggerd voordat de storing bevestigd is, waardoor het detectie-algoritme parallel met de operatie van de schakelaar kan verwerken.

2. Stroomoverdracht:

   • Zodra alle stroom door de hoofdschakelaar loopt, wordt de snelle mechanische afkoppeling geopend.
   • Wanneer de mechanische schakelaar volledig open is, wordt de hoofdcircuitbreaker uitgeschakeld, de stroom van de hoofdschakelaar onderbroken, en de lijnenergie gedissipeerd in de varistoren.
   • De relatief langzame serie resterende stroomafkoppelingsschakelaar wordt gebruikt om de lekstroom door de hoofdschakelaar en bijbehorende apparatuur te onderbreken, die significant kan zijn afhankelijk van hoe de energie-absorptie-tak is ontworpen. Deze schakelaar biedt ook volledige isolatie.

Illustratief voorbeeld

Figuur 3 toont een typische storingstroomgolfvorm met gelabelde tijden en stroomwaarden. De dynamiek is overdreven om de definities gemakkelijk te kunnen weergeven:

• Begin van storing (Tf): Het initiële moment van de storing.
• Detectietijd: Tijd van Tf tot detectie van de storing.
• Lokalisatietijd: Tijd van detectie tot bepaling van welke schakelaars open moeten.
• Operatietijd: Tijd voor de schakelaar om over te gaan van gesloten naar open.
• Onderbrekingstijd (Tint): Tijd van Tf tot voldoende spanning opbouw om de storingstroom te weerstaan.
• Commutatietijd (Tcom): Tijd voor de stroom in de primaire tak om af te nemen.
• Clearing Time (Tclr): Tijd van Tf tot nul stroom of Iknee.
• Stroombegrenzingsoperatietijd (Tlim): Tijd waarop de schakelaar begint met het begrenzen van de storingstroom.

Samenvatting

De Proactieve Hybride Schakelaar (PHCB) HVDC, ontworpen door ABB, combineert mechanische en halfgeleiderschakelaars om snelle, betrouwbare en efficiënte bescherming tegen storingen in HVDC-systemen te bieden. De definities en tijdsframes voor hybride HVDC-schakelaars benadrukken de unieke uitdagingen en eisen van DC-bescherming, met de nadruk op snelle en nauwkeurige werking om de veiligheid en stabiliteit van het systeem te garanderen.