Orta gerilim transformatöründeki giriş akımını kontrol anahtarlama cihazı ile azaltma
Orta Gerilim Aralığında Kontrollü Anahtar Cihazları
Üç on yıl önce, Kontrollü Anahtar Cihazları (KAC), yüksek gerilimli devre kesicileri paralel reaktörler ve kondansatör bankalarına bağlanırken oluşan geçiş sertliklerini azaltmak için ilk kez tanıtıldı. Sonraki araştırmalar, bu cihazların uygulama alanını iletim hatları ve güç dönüştürücülere genişletti. İlk olarak, bu cihazlar, bağımsız pol operasyonlu devre kesicileri (BPO) kullanarak her faz için anahtarlamayı optimize ettiler.
Son zamanlarda, küresel enerji talebinin artması, yenilenebilir enerji kaynaklarının orta gerilim dağıtım ağlarına entegre edilmesine yol açmıştır, sadece yüksek gerilim (YV) iletim sistemlerine bağlı kalmak yerine. Bu değişiklik, dönüşümdeki kontrolsüz giriş akımlarından kaynaklanan gerilim düşüşü sorunlarını ele almayı gerektirmiştir.
Orta gerilim anahtar panoları genellikle üç polu aynı anda çalıştırmaktadır, bu durum YV uygulamalarındaki bağımsız operasyondan farklıdır. Bu, standart anahtarlarla aynı anda pol çalıştırılacak şekilde dönüşüm giriş akımlarını etkili bir şekilde yönetmek için KAC teknolojisinde önemli ilerlemeleri gerekli kılmıştır. Bugün, bu inovasyon hem rüzgar çiftlikleri ve fotovoltaik güneş santralleri gibi yenilenebilir enerji kurulumlarında, hem de endüstriyel kurulumlarda ve ulaşım ağlarında yaygın olarak kullanılmaktadır, burada giriş akımlarının kontrolü, hem orta hem de yüksek gerilimli dönüşümün güvenilir çalışmasını sağlamak için önemlidir.
Orta Gerilim Dönüşümündeki Giriş Akımı
Dönüşüm esnasındaki giriş akımının büyüklüğü, dönüşüm çekirdeğindeki kalıntı fluksta büyük ölçüde etkilidir; daha yüksek kalıntı fluk seviyeleri, rasgele dönüşüm sırasında daha büyük giriş akımlarına neden olabilir. İşletimsel bozulmalardan kaçınmak ve şebeke istikrarını sağlamak için etkili azaltma stratejileri gereklidir.
Gelişmiş kontrollü anahtarlama tekniklerinin uygulanmasıyla, bu giriş akımlarını minimize edebilir veya tamamen ortadan kaldırabiliriz. Bu yöntemler, sadece sistem güvenilirliğini artırmakla kalmaz, ayrıca ekipman ömrünü uzatır, bakım maliyetlerini azaltır ve orta gerilim dağıtım ağlarında genel verimliliği artırır. Bu tür teknolojilerin benimsenmesi, modern elektrik dağıtım ağlarının gelişen taleplerine uyum sağlama konusunda kilit bir ilerleme olarak kabul edilmektedir.
Kalıntı Fluk ile Dönüşüm Giriş Akımı Arasındaki İlişki
Devre kesiciler ve aynı anda pol çalışan anahtar panolarında Kontrollü Anahtar Cihazları (KAC) komisyonlanmasında toplanan saha verileri, kalıntı fluk ile dönüşüm giriş akımı arasındaki ilişkiyi doğrulamıştır. KAC'lerin kullanımı, rasgele dönüşüme kıyasla genellikle giriş akımında 3:1 oranında azalmaya neden olur, potansiyel bozulmaları önemli ölçüde azaltır.
Aynı Anda Pol Çalışan Devre Kesici ile Giriş Akımı Azaltma Yöntemleri
Aşağıdaki açıklama, güç dönüştürücülerine uygulanan giriş akımı azaltma için kontrollü anahtarlama kavramını açıklamaktadır:
Demagnetize olmuş bir güç dönüştürücünün R fazı, voltajın sıfır geçişinde (Şekil 1'in sol tarafında gösterildiği gibi) çalıştırıldığında, dönüşüm çekirdeğini derin doygunluğa iter ve çekirdeğe ek 2 per-unit (birim) fluk tanıtılır. Bu durum, çekirdek doygunluğu nedeniyle önemli giriş akımlarına yol açabilir.
Ancak, dönüşüm pozitif voltaj zirvesinde çalıştırıldığında, bu ilk pozitif dördüncü döngü, çekirdeğe sadece 1 birim fluk ekler. Daha sonra voltaj negatif yarı döngüsüne geçtiğinde, çekirdekteki fluk azalmaya başlar. Dönüştürücü bu koşullar altında doygunluk sınırına ulaşmadığından, çekirdek doygunluğu önlenir ve giriş akımı oluşmaz.
Bu senaryo, çekirdek fluk'un voltaja 90 derece geri kaldığı durağan durumda dönüşümü ifade eder. Voltaj dalga formundaki en iyi noktalarla çalışma anını dikkatlice zamanlayarak, giriş akımı riski minimize edilir, böylece daha düzgün ve daha istikrarlı dönüşüm işlemi sağlanır.
Özetle, kontrollü anahtarlama teknikleri, giriş akımlarını etkili bir şekilde azaltmak için hassas zamanlama kullanır. Voltaj döngüsündeki stratejik çalışma noktaları aracılığıyla çekirdek doygunluğunun önlenmesi, güvenilir dönüşüm performansını sağlar, şebeke istikrarını artırır ve işletimsel bozulmaları azaltır. Bu yaklaşım, orta gerilim anahtar panosu teknolojisinde kritik bir ilerleme temsil eder ve hem yeni kurulumlar hem de mevcut sistemlerin güncellenmesi için önemli faydalar sunar.
Üç fazlı anahtarla aynı anda pol çalıştırıldığında durum daha karmaşık hale gelir. Aslında, bir faz üzerinde giriş akımını minimize eden çalışma anını seçmek, diğer iki faz için zararlı olabilir. Bu, Şekil 2'de gösterildiği gibi, demagnetize olmuş bir dönüşümün R fazında giriş akımını azaltmak (sol), Y ve B fazlarına (sağ) zararlı olur.
Bir faz için giriş akımını azaltmak üzere çalışma anını optimize etmek, diğer iki faz için koşulları yanlış bir şekilde artırabilir, bu da çok fazlı sistemlerde dengeye ihtiyaç olduğunu vurgular.
Daha önce açıklandığı gibi, bir güç dönüştürücüsündeki kalıntı fluk deseni, önceki devre dışı bırakılmasının sonucudur.
Bir dönüşüm yeniden çalıştırıldığında, uygulanan voltaj tarafından indüklenen dinamik fluk, uygulanan voltajın polaritesine bağlı olarak kalıntı fluka eklenir veya çıkarılır. Kontrollü anahtarlama prensiplerine göre, bir güç dönüştürücü fazı için optimal çalışma anı, indüklenmiş muhtemel fluk mevcut kalıntı fluk ile eşleştiğinde gerçekleşir (Şekil 3, sol). Örneğin, pozitif kalıntı fluk varlığında, negatif voltaj uygulanması, çekirdek fluk'u negatif voltaj zirvesinde sıfıra düşürür ve ardından çekirdeğin doygunluğunu aşmadan dönüştürücünün durağan durumu hemen başlar.
Tersine (Şekil 3, sağ), fazın pozitif sıfır geçişinde çalıştırılması, var olan 0.5 birim kalıntı fluk üzerine çekirdeğe 2 birim pozitif fluk ekler. Bu, güç dönüştürücü çekirdeğini derin doygunluğa iter ve aşırı giriş akımına neden olur. Bu nedenle, kalıntı fluk varlığı, dönüşümün kontrolsüz olduğu durumlarda maksimum giriş akımını artırır.
Çalışma anını dikkatlice seçerek indüklenmiş fluk'u kalıntı fluk ile eşleştirmek, çekirdek doygunluğunu önleyerek giriş akımlarını azaltır ve dönüşümün düzgün çalışmasını sağlar. Bu strateji, sadece sistem güvenilirliğini artırmakla kalmaz, ayrıca ekipman ömrünü uzatır ve bakım maliyetlerini azaltır. Çok fazlı sistemlerde, fazlar arasında performansı dengelemek için doğru zamanlaması özellikle önemlidir, bu da şebeke istikrarını ve verimliliğini sağlar.
Bu yaklaşım, güç dönüştürücüler için kontrollü anahtarlama teknolojileri tasarlanıp uygulandığında kalıntı fluk etkisinin dikkate alınması gerektiğini vurgular, daha etkin ve güvenilir güç iletim ağları elde etmek amacıyla.
Dönüşüm çekirdeğinde kalıntı fluk olduğunda, aynı anda pol çalışan devre kesicilerle durum daha da karmaşık hale gelir. En iyi çalışma anı, kalıntı fluk'un büyüklüğü ve polaritesine göre tüm üç fazın aynı anda çalıştırılmasını dikkate almalıdır. Ancak, her mümkün kalıntı fluk deseni için, dönüşüm doygunluğunu minimuma indiren en iyi bir çalışma anı vardır (Şekil 4).
Aşağıdaki örnekte, kalıntı fluk deseni, R, Y ve B fazlarında sırasıyla 0, -0.5 ve +0.5 birimdir. Güç dönüştürücüsünü 90° (R fazının voltaj zirvesi) da çalıştırılması, fazların minimum doygunluğuna neden olur. Ancak, mavi fazı (B fazı varsayılır) pozitif voltaj sıfır geçişinde (240°) kapatmak, en kötü giriş akımına neden olur, bu da bir Kontrollü Anahtar Cihazı (KAC) tarafından hesaplanan en iyi anahtarlanma anından 6.5 kat daha yüksektir.
Bu, her belirli kalıntı fluk koşulu için en iyi çalışma anının doğru bir şekilde belirlenmesinin önemini vurgular, böylece dönüşüm doygunluğu ve giriş akımları minimize edilir. Doğru zamanlama, daha düzgün işlemeyi sağlar ve güç sisteminin güvenilirliğini ve verimliliğini artırır.
Bir güç dönüştürücüsünün çalıştırılmasını kontrol etmediğinizde, en kötü giriş akımı her zaman en yüksek kalıntı fluk ile olan fazda ortaya çıkar. Bir Kontrollü Anahtar Cihazı (KAC), kalıntı fluk desinine dayalı olarak en iyi pol kapama anını hesaplayarak giriş akımını minimize eder. Bu nedenle, belirli yüksek kalıntı fluk koşullarında, giriş akımı tamamen ortadan kaldırılabilir.
Şekil 5, dönüşümde ölçüm yapılan üç kalıntı fluktan en yüksek olanına bağlı olarak teorik göreceli giriş akımını göstermektedir (1.2 birimde doygunluk dizisi). Zirve giriş akımı, demagnetize olmuş çekirdeğin maksimum dönüşüm akımına normalize edilmiştir. Çekirdekteki kalıntı fluk yüksek olduğunda (yatay eksen üzerinde), KAC, dönüşümün doygunluğa girmesini engelleyerek giriş akımını ortadan kaldırır (mavi çizginin alt alanı). Tersine, güç dönüştürücüyü rastgele bir anında çalıştırma, dönüşümü tam doygunluğa iter (kırmızı çizgi), aşırı giriş akımına ve şebekeye gerilim düşüşüne neden olur. Bu diyagram, KAC'nin rastgele veya kontrolsüz dönüşüme kıyasla giriş akımı azaltma etkinliğini göstermektedir.
