Teorainneáil ar Chuirreamh Iartharú sa Chóras Fuinnimh agus úsáid Teorainní Cuirreamh Iartharaithe (FCL)

0 Íntrodúchán​
Mar gheall ar fhorbairt na n-icteacháin agus ar éiríocht iarrachta, tá an chomhshoibhtheacht idir aonaid ghineadh mórscile agus uirlisí stáisiún trasmhaire – go háirithe sna príomhiontais agus sna comhcheangal idir icteacháin mhóra – tar éis a bheith tar éis meastachán scuabchuirte a ardú leanúnach. Gan bearta meascthaí éifeachta, d'fhéadfadh an treoir seo a bheith ina chúis le hárú suntasach ar infheistíocht i gcuid nua de stáisiúin trasmhaire, agus d'fhéadfadh sé a bheith ina chúis le tionchar mór ar línte coimhlint agus línte coimhlint atá ann cheana, ag cruthú riachtanais airgeadúil mór le haghaidh athsholáthar agus úsáid.

I dtús forbartha an chórais, nuair a bhíonn suíomh an chórais beag agus ísle sín, is féidir an méideachán scuabchuirte a réiteach trí uirlisí scuabacha a chur in ionad – uirlisí eile stáisiún trasmhaire a bhfuil a lán spás acu ag an am seo. Ach nuair a bhíonn suíomh an chórais mór, sín an scuabchuirte ard, agus an scuabchuirte ag fás leanúnach mar gheall ar chomhcheangal córais nó as a choinne sin, níl an tseachadadh uirlisí scuabacha aonair níos mó ina leor. D'fhéadfadh stáisiúin trasmhaire atá ann cheana a bheith in amhras uirlisí scuabacha a chur in ionad, ach freisin aghaidh a dhéanamh ar phríomhtránsfórmaithe, diúiltóirí, trasnóirí, busbars, insuláidóirí, struchtúir, bonn, agus cónraí talún. Mar sin féin, d'fhéadfadh línte coimhlint a bheith in amhras scáthú nó fiú a chur faoi talún.

Mar gheall ar fhorbairt aonaid ghineadh mórscile agus iontais nua, agus iad ag comhshoibhtheacht le gréasán 220kV, tá an sín scuabchuirte ag éirí rí-thapa. Níl an cumas scuabadh agus an stabilité dinimiciach a lán uirlisí scuabacha 220kV – agus freisin uirlisí stáisiún trasmhaire iomláin – ina leor le haghaidh an sín scuabchuirte atá ag éirí, ag cruthú dúshlán teicniúla agus airgeadais. Tá taighde ar an méideachán scuabchuirte anois ag teastáil go díreach.

​1 Beartais Méideacháin Scuabchuirte Traidisiúnta agus a Srianúidheachtaí​
Is féidir an méideachán scuabchuirte a réiteach ó shiolláin córas, oibriú, agus uirlisí. Is iad na beartais tradisiúnta seo a leanas, ach gach ceann acu a bhfuil srianúidheachtaí suntasacha:

• ​a. Athrú Struchtúr Gréasáin​
  I mbun achoimre, ábhar bunúsach, agus roinnt gréasáin íseal-voltáige.
• Athrú struchtúr gréasáin níos airde: Meastachán airgeadúil mór agus imní ar an timpeallacht.
• Roinnt gréasáin íseal-voltáige: Einfhosta le héifeachtaí scuabchuirte suntasacha, ach laghdóidh sé máirín slándála an chórais agus teorainn oibríochta, agus is cosúil gur féidir é a úsáid go príomha i gcúrsaí riachtanais.
• ​b. Teicneolaíocht Comhcheangailte DC​
  Tá an t-einfhostaíocht DC in ann an scuabchuirte a laghdú go mór, ach is é an meastachán airgeadúil do stáisiúin athraithe ar an dá thaobh an-dian. Do chomhcheangailte gorta agus oibriú íseal, níl an t-eolas seo ina réaltacht airgeadeach.
• ​c. Tránsfórmaithe Cosúil Ard​
  Tá an t-úsáid de thránsfórmaithe cosúil ard chun an scuabchuirte a chur i bhfeidhm ar an taobh íseal-voltáige ina chinntíocht. Ach, tá an t-eolú a bhíonn orthu sa chaoi seasta níos airde, ag cur isteach ar eacnamaíocht an chórais.
• ​d. Reacaitheoirí Seasta​
  Tá reacaitheoirí seasta, le teicneolaíocht déantusa módha agus éifeacht scuabchuirte soiléir, cheana féin ag brath ar chuid den chóras cúnta agus ar stáisiúin trasmhaire 10–35kV. Ach, is féidir a úsáid sa chuid uafásach de chuid an chórais a chur chun cinn, ag cur isteach ar eacnamaíocht an chórais agus ag laghdú ar shluas an chórais, ag cur teorainn air.
• ​e. Fás Uirlisí agus Athchóiriú​
  An t-einfhostaíocht uirlisí scuabacha agus an athchóiriú uirlisí stáisiún trasmhaire atá ann cheana chun an scuabchuirte níos airde a chur i bhfeidhm, ag réiteach an tseachaint go díreach, ach is airgeadúil agus é ina chuid oibre, ag cur isteach ar eacnamaíocht agus ama.

Mar gheall ar na srianúidheachtaí suntasacha atá leis na beartais tradisiúnta, tá forbairt uirlisí scuabchuirte nua a oireoidh don córas icteacháin nua-aimseartha anois ag teastáil. Tá an Cúrsa Scuabchuirte (FCL) tar éis teacht chun cinn, agus is cuid ríthábhachtach den Córas Trasmhaire AC Foilsithe (FACTS) é.

​2 Úsáid Fault Current Limiters (FCL) i nCórais Ichtí​

​2.1 Modail agus Prionsapálta FCL​
Tá an prionsapl bunúsach FCL bunaithe ar theicneolaíocht scuabchuirte reacaitheoirí seasta, a chur chun cinn le heolaíocht fuinniúcháin chun na neamhbuntáisteanna reacaitheoirí seasta tradisiúnta (mar shampla, eolú ard san obair seasta agus tionchar ar shluas an chórais) a chur i bhfeidhm. Is féidir a modail bunúsach a chur in iúl mar: "Gan cosúil leis an obair seasta, cuir cosúil go tapa leis an scuabchuirte leis an scuabchuirte a chur i bhfeidhm."

• Obair seasta: An t-uirlis scuabchuirte dúnta, is é an cosúil FCL go maith níos lú ná zero, gan tionchar ar an gcóras.
• Cúrsa scuabchuirte: An t-uirlis scuabchuirte oscailte go tapa, ag cur reacaitheoir scuabchuirte isteach chun an scuabchuirte a chur i bhfeidhm.

Tá a chuid príomhuirlisí FCL a leanas:

1. Eilimint scuabchuirte tapa: Ag monatóireacht ar an scuabchuirte córas go rialta agus ag aithint scuabchuirte gort go tapa.
2. An t-uirlis scuabchuirte tapa: Ina chuid oibre go tapa le linn an scuabchuirte chun an "gan cosúil" agus "cosúil" stáit a chur i bhfeidhm.
3. Reacaitheoir scuabchuirte: Príomhuirlis scuabchuirte, ag cur isteach ar an scuabchuirte trí cosúil.
4. Eilimint cosanta overvoltage: Chun overvoltage a chosc le linn an scuabchuirte, ag cosaint ar uirlisí an chórais.

​2.2 Fункции и требования к проектированию FCL​

​2.2.1 Core Functions of FCL​
FCL provides a new approach to fault current limitation in power systems and is a critical component of modern power systems. Its advantages include:

• Reducing circuit breaker burden: Higher voltage levels correspond to larger, harder-to-interrupt fault currents. FCL directly reduces the interrupting current of circuit breakers, extending equipment lifespan.
• Improving system stability: Rapidly limiting short-circuit currents reduces line voltage drops and generator out-of-step probabilities, enhancing power angle, voltage, and frequency stability.
• Increasing equipment and line utilization: If FCL acts before the short-circuit current peaks, it reduces requirements for thermal and dynamic stability limits, thereby increasing the actual transmission capacity of lines.
• Optimizing voltage quality: Rapid current limitation before fault clearance shortens voltage sag duration on non-faulted lines, ensuring grid voltage stability.
• Reducing interference with surrounding facilities: Limiting short-circuit currents in high-voltage grids reduces electromagnetic interference with nearby communication lines and railway signaling systems.

​2.2.2 Design Requirements for FCL​
To adapt to power system operating characteristics, FCL must meet the following design standards:

• No impact on the system during normal operation (voltage drop near zero).
• Fast response during faults (within 1–2 ms), limiting both peak and steady-state short-circuit currents without side effects such as overvoltage.
• Automatic reset after fault clearance without manual intervention.
• No interference with the normal operation logic of protective relays.
• Reasonable cost and high cost-effectiveness, meeting utility engineering application needs.

​2.3 Comparison of Various FCL Implementation Schemes​

​2.3.1 Scheme Comparison​

• ​Conclusion: New material-based (especially superconducting) and power electronics-based FCLs are currently the optimal solutions. The former is simple and reliable but limited by material technology; the latter offers strong controllability, and with declining power electronics costs, it has become engineering feasible, making it the most promising R&D direction.

​2.5 Future Research Directions for FCL​
Future research on FCL should focus on "performance optimization, functional integration, and engineering adaptation." Key directions include:

1. Continuously adjustable impedance converters: Moving beyond the current "two-state impedance (zero or infinite)" limitation to develop responsive, continuously adjustable impedance converters that dynamically match higher impedance with larger fault currents. These should also incorporate power factor compensation and overvoltage absorption, combined with control theories (e.g., negative feedback, PID control) to enhance system automation.
2. Integration with FACTS controllers: Developing comprehensive control devices that combine FCL with other FACTS components (e.g., SVG, SVC) to improve overall cost-effectiveness and advance controllable AC transmission and distribution systems.
3. Key technology breakthroughs:
• Impact mechanisms of FCL on power system stability.
• Coordination logic between FCL and protective relays.
• Optimization of ultra-fast fault signal detection systems and controllers.
• Effects of FCL on power quality (e.g., harmonics, voltage fluctuations) and mitigation measures.

​3 Conclusion​

• a. Short-circuit current limitation in power systems has become a critical issue requiring urgent resolution. As a new protection device, the Fault Current Limiter (FCL) offers an effective solution, and developing FCLs adapted to modern grids holds significant theoretical and engineering value.
• b. Power electronics-based FCLs already possess a theoretical foundation and engineering practicality. Their excellent control performance and declining costs of power electronic devices indicate broad development prospects.
• c. With the advancing development of FACTS/CusPow technologies, FCL— as a key member of the FACTS family—should not only independently address current limitation issues in transmission and distribution grids but also collaborate with other FACTS controllers to further promote the development of controllable AC transmission and distribution systems.