Definicje hybrydowego przerywacza HVDC

Definicje dla hybrydowych obwodów zabezpieczających HVDC

Standardowe definicje dla obwodów zabezpieczających AC

• Ograniczenia: Standardowe definicje dla obwodów zabezpieczających AC nie przekładają się bezpośrednio na ochronę HVDC, ponieważ czas i dynamika są różne.
• Czas: Obwody zabezpieczające AC mają stosunkowo długie okresy działania w porównaniu do obwodów zabezpieczających DC. Zazwyczaj prądy uszkodzeniowe, które obwód zabezpieczający AC przerwie, prawie osiągną stan ustalony, zanim system ochrony zadziała, ale to nie jest zawsze tak.

Obwody zabezpieczające HVDC

• Czas reakcji: Obwody zabezpieczające HVDC muszą działać, zanim prąd uszkodzeniowy DC osiągnie wartość ustaloną, ze względu na ograniczenia elektroniki w obwodach zabezpieczających i konwerterach.

Główne gałęzie i ich funkcje

1. Główna gałąź:

   • Przewodzi prąd podczas normalnej pracy.

2. Drugorzędna gałąź:

   • Przewodzi prąd uszkodzeniowy przez krótki okres czasu.

3. Gałąź absorpcji energii:

   • Ogranicza napięcie na obwodzie zabezpieczającym i pochłania dodatkową energię z sieci DC.

Kluczowe definicje czasowe dla hybrydowych obwodów zabezpieczających

1. Początek uszkodzenia (Tf):

   • Chwila, gdy warunki elektryczne sieci zmieniają się, powodując stan nadmiernego prądu.

2. Czas wykrycia:

   • Czas od początku uszkodzenia do momentu, gdy system ochrony wykrywa uszkodzenie.

3. Czas lokalizacji:

   • Czas potrzebny systemowi ochrony, aby zdecydować, które obwody zabezpieczające otworzyć od momentu wykrycia uszkodzenia.

4. Czas działania:

   • Czas potrzebny obwodowi zabezpieczającemu, aby przejść ze stanu "Zamknięte" do stanu "Otwarte".

5. Czas przerwania (Tint):

   • Czas między początkiem uszkodzenia a chwilą, gdy obwód zabezpieczający buduje wystarczające napięcie, aby znacząco przeciwstawić się prądowi uszkodzeniowemu.

6. Czas komutacji (Tcom):

   • Czas potrzebny, aby prąd w głównej gałęzi spadł do zera lub tak blisko zera, że może nastąpić kolejny etap działania obwodu zabezpieczającego.

7. Czas czyszczenia (Tclr):

   • Czas od początku uszkodzenia do momentu, gdy prąd linii DC osiąga zero, lub dochodzi do prądu kolana varistorów (I_knee).

8. Czas działania ogranicznika prądu (Tlim):

   • Czas, kiedy obwód zabezpieczający zaczyna działać jako ogranicznik prądu uszkodzeniowego.

Proaktywny hybrydowy obwód zabezpieczający HVDC zaprojektowany przez ABB (PHCB)

Przegląd projektu

Proaktywny hybrydowy obwód zabezpieczający HVDC (PHCB) zaprojektowany przez ABB składa się z dwóch równoległych gałęzi:

1. Normalna ścieżka prądu:

   • Przełącznik mechaniczny: Pozostaje zamknięty podczas normalnej pracy.
   • Przełącznik komutacji obciążenia (LCS): Niskonapięciowy szereg półprzewodników, który jest włączany podczas normalnej pracy.

2. Główny element rozłączania prądu:

   • Główny obwód zabezpieczający: Szereg półprzewodników, który jest wyłączony podczas normalnej pracy.

3. Gałąź absorpcji energii:

   • Połączona z drugorzędna gałęzią, aby dodać funkcjonalność do obwodu zabezpieczającego. Pozwala to na niezależne przełączanie części drugorzędnej gałęzi. Ta funkcja umożliwia obwodowi zabezpieczającemu działanie jako ogranicznik prądu uszkodzeniowego w określonych sytuacjach.

Normalna praca

• Odłącznik: Zamknięty
• LCS: Włączony
• Główny obwód zabezpieczający: Wyłączony

Działanie w stanie uszkodzenia

1. Wykrycie uszkodzenia:

   • LCS jest wyłączony.
   • Główny obwód zabezpieczający jest włączony.
   • LCS dostarcza wystarczające napięcie, aby przeprowadzić prąd z głównej gałęzi do drugorzędnej gałęzi.
   • LCS może być wywoływany przed potwierdzeniem uszkodzenia, co pozwala algorytmowi detekcji działać równolegle z operacją obwodu zabezpieczającego.

2. Transfer prądu:

   • Gdy cały prąd płynie przez główny obwód zabezpieczający, szybki mechaniczny odłącznik jest otwarty.
   • Gdy przełącznik mechaniczny jest całkowicie otwarty, główny obwód zabezpieczający jest wyłączony, prąd głównego obwodu zabezpieczającego jest przerwany, a energia linii jest rozpraszana w varistorach.
   • Relatywnie wolny szeregowy obwód odłącznika resztkowego prądu służy do przerwania prądu przeciekowego przez główny obwód zabezpieczający i związane z nim urządzenia, co może być istotne w zależności od projektu gałęzi absorpcji energii. Ten przełącznik zapewnia również pełne izolowanie.

Ilustracyjny przykład

Rysunek 3 pokazuje typowy przebieg prądu uszkodzeniowego z oznaczonymi czasami i wartościami prądu. Dynamika została przesadzona, aby łatwo było narysować definicje:

• Początek uszkodzenia (Tf): Początkowa chwila wystąpienia uszkodzenia.
• Czas wykrycia: Czas od Tf do wykrycia uszkodzenia.
• Czas lokalizacji: Czas od wykrycia do określenia, które obwody zabezpieczające należy otworzyć.
• Czas działania: Czas potrzebny obwodom zabezpieczającym, aby przejść ze stanu zamkniętego do otwartego.
• Czas przerwania (Tint): Czas od Tf do wystarczającego wzrostu napięcia, aby przeciwstawić się prądowi uszkodzeniowemu.
• Czas komutacji (Tcom): Czas potrzebny, aby prąd w głównej gałęzi spadł do zera.
• Czas czyszczenia (Tclr): Czas od Tf do zera prądu lub Iknee.
• Czas działania ogranicznika prądu (Tlim): Czas, kiedy obwód zabezpieczający zaczyna ograniczać prąd uszkodzeniowy.

Podsumowanie

Proaktywny hybrydowy obwód zabezpieczający HVDC (PHCB) zaprojektowany przez ABB łączy mechaniczne i półprzewodnikowe przełączniki, aby zapewnić szybką, niezawodną i efektywną ochronę przed uszkodzeniami w systemach HVDC. Definicje i ramy czasowe dla hybrydowych obwodów zabezpieczających HVDC podkreślają unikalne wyzwania i wymagania ochrony DC, podkreślając potrzebę szybkiego i precyzyjnego działania, aby zapewnić bezpieczeństwo i stabilność systemu.