Skyrsla á stöðugröðu straums í raforkukerfi og notkun villastraumtakmarka (FCL)

0 Inngangur​
Með því að orkuvælindar og hlekkir á völd hafa orðið stærri, hefur samþætting stóra orkugjafar og undirstöðuverka—sérstaklega uppkomu stórra orkustöðva í hlekkur miðpunktum og tengsl stórra orkuvælinda—óvíst leitt til óhættulegs stigs hækkaðs straumstýrings. Ef ekki er gerð nein skynsam leggjing, mun þessi trenting ekki aðeins hækka fjárhagslega kostnaðinn fyrir nýjar undirstöður en mun einnig hafa alvarleg áhrif á samskiptalínur og lög sem tilheyra núverandi undirstöðuverkum, sem gæti krafist mikils peninga til endurbættra og uppfærsla.

Í fyrstu stigi þegar stýrka kerfisins er litill og straumstýringsstigin lága, geta hækkuð straumstýringar oft verið meðferðar með því að skipta um lyklavélar—annar undirstöðuverk hefur oft nægjanlegt spert. En þegar stýrka orkukerfisins er stór, straumstýringsstigin há og straumstýringer hækka bæði vegna tengsla eða frekari styrkingar, er ekki lengur nógu að skipta bara út lyklavélar. Núverandi undirstöður gætu þurft ekki aðeins að skipta út lyklavélar heldur einnig að hækka eða skipta út aðalrafsbreytara, skilavélar, mælavélar, hryggjar, öskulendar, byggingar, grunnar og jörðakerfi. Auk þess, gætu samskiptalínur þurft skerm eða jafnvel að vera breytt í undirlags samskiptalínur.

Af mörgum sökum eru nýjar stórar orkugjafar og orkustöðvar framleitt samþætt við 220kV rafrás, sem leitar til of hækkandi stigs straumstýrings. Skýringarkraftur og hreyfistöðugleikur margra 220kV lyklavéla—og jafnvel allrar undirstöðu—getur ekki lengur passað við hækkuðu straumstýringsstigin, sem skapar alvarlegar tækni- og fjárhagslegar áfangar. Rannsóknir á skýringu straumstýrings eru því nauðsynlegar.

​1 Heimildarlegar Straumstýringsaðgerðir og Skorsemi Þeirra​
Straumstýrings má meðhöndla frá sjónarhorni kerfisskipanar, reksturs og tækja. Heimildarlegar aðgerðir innihalda eftirtöld flokkar, en hver hefur marktæk skorsemi:

• ​a. Skipting á Rafrás​
  Innheldur að þrópa hærri rafspennu rafrás, skipta niðri rafspenna rafrás/hryggjar og skipta rafrás.
• Þrópun hærri rafspennu rafrás: Krefst stórs fjárhagslegs kostnaðs og fer meðhönd við umhverfisafangar.
• Niðri skipting/skipting rafrás: Einfalt að meðhöndla með merkilegum straumstýrings áhrifum, en minnkar öryggismargir kerfisins og takmarkar reksturs fleksibæleika, svo að það sé einkum viðeigandi í nauðsynlegum tilvikum.
• ​b. DCSambindingartækni​
  DC sambinding getur mjög lægt straumstýringu, en kostnaður við umskiptastöðvar á báðum endum er ótrúlega há. Fyrir stytta sambindingar með lág stýrkuskiftum er lausnin ekki hagkvæm fjárhagslega.
• ​c. Hægviðstandandi Rafsbreytara​
  Notkun hægviðstandandi rafsbreytara til að takmörkja straumstýringer á lágspenna hlið er algeng aðgerð. En þessir rafsbreytara sýna hærri tap á stillingu, sem hefur áhrif á fjárhagslegleika kerfisins.
• ​d. Seríessporar​
  Seríessporar, með fullorðnu framleiðslutækni og klár straumstýrings áhrif, eru nú þegar notuð í stuðningskerfi orkustöðva og 10–35kV undirstöðum. En notkun þeirra í hægspenna kerfum hækkar nettap og lætur stöðugleika kerfisins, sem takmarkar viðeigandi þeirra.
• ​e. Styrkaskipti og Endurbætting Tækja​
  Að skipta út lyklavélar og endurbæta núverandi undirstöðum til að meðhöndla hærri straumstýringer segir grein verulega við áfangana, en krefst hærs fjárhagslegs kostnaðs og flókinnar byggingar, sem leiðir til slæmar fjárhagslegar og tímalegar árangrunar.

Við ljóst marktæk skorsemi heimildarlegra aðgerða, hefur þróun nýrra straumstýrings tækja sem passa nútímamets orkukerfis orðið nauðsynlegt. Straumstýringslyklavélar (FCL) hafa komið fram sem lausn og eru einnig mikilvægur hluti af Fleksiblum Vísindalegum Rafsendarasendingum (FACTS).

​2 Notkun Straumstýringslyklavéla (FCL) í Orkukerfum​

​2.1 Líkan og Grundvallarreglur FCL​
Grundvallarreglurnar fyrir FCL eru afleiðingar af seríessporarstraumstýrings tækni, bætt við vélaverktaka til að yfirleifa svik heimildarlegra seríesspora (til dæmis, hærum stillingartap og áhrif á stöðugleika kerfisins). Kernefnilíkan hans má samþætta sem: "Engin spor við venjulegan rekstur; hratt setja spor við villur til að takmörkja straum."

• Venjulegar aðgerðir: Skiptivélar loknar, FCL jafngild viðstandan nær núlli, engar áhrif á kerfið.
• Villur: Skiptivélar opnar hratt, setja straumstýringspor til að dæma straumstýringu.

Kernefnihlutir FCL innihalda fjóra helstu atriði:

1. Hraður villustraumskynningarefni: Skoðar rafrás straum í rauntíma og finnur hratt straumstýringer.
2. Hraður skiptivélar: Gerir hratt við villur til að skipta á milli „engin spor“ og „spor“ stöðu.
3. Straumstýringspor: Kernefnilegur straumstýringshlutur, dæmir straumstýringer með viðstandan.
4. Ofhraflsvarnarefni: Verndar við ofhrafl við villuskift, varnar kerfistækja.

​2.2 Virkningar og Hönnunar Kröfur FCL​

​2.2.1 Kernefnilegar Virkningar FCL​
FCL veitir nýja aðgang að straumstýringsvirkni í orkukerfum og er mikilvægur hluti af nútímamets orkukerfum. Forsendurnar hans innihalda:

• Lækkar ábyrgð lyklavéla: Hærri rafspennur svara við stærri, erfara straumstýringer. FCL lækkar beint skýringastræmi lyklavéla, lengir líftíma tækja.
• Bætir stöðugleika kerfisins: Hraður takmörkun straumstýringer lækkar spenna fall á línum og dreifingu myndara, bætir stöðugleika rafspennu, spennu og tölfrequency.
• Hækka notkun tækja og lína: Ef FCL virkar áður en straumstýringarnar ná toppi, lækkar kröfur um hita- og hreyfistöðugleika, sem hækka raunverulega sendigangi lína.
• Optimizera spennukvalit: Hraður straumtakmörkun áður en villur eru lokið skemmst spennufalli á óvillulínum, tryggir spennustöðugleika rafrásar.
• Lækkar störf á grennværum tækjum: Takmörkun straumstýringer í hægspenna rafrásar lækkar rafræn störf á grennværum samskiptalínum og jafnbánasendingarkerfum.

​2.2.2 Hönnunar Kröfur FCL​
Til að passa við rekstureiginleika orkukerfis, verður FCL að uppfylla eftirtölda hönnunarstöðlu:

• Engar áhrif á kerfið við venjulegan rekstur (spennufall nær núlli).
• Hraður svar við villur (innan 1–2 ms), takmörkir bæði topp- og stillingarskyrströmm, án hliðaraðgerða eins og ofhrafl.
• Stjórnskilningur eftir lok villu án manngerðrar inngrip.
• Engar stör á venjulegum reksturlausnum skyddsvéla.
• Ræðan kostnaður og hágæða kostnaðarheild, uppfyllir verksefnislegar nauðsynjar.

​2.3 Samanburður Yfir Íþróttir FCL​

​2.3.1 Samanburður Yfir Íþróttir​

• ​Ályktun: Ný material (sérstaklega ofraðefni) og vélaverktaka FCL eru núverandi bestu lausnir. Síðari er einfaldur og trúnaðarfullur en takmarkaður af efnaverktaka; seinni býður á sterk stjórn, og með lækka vélaverktaka kostnað, hefur hann orðið verksefnislegt mögulegt, sem geymir mestu útbúunaratriði.

​2.5 Framtíðar Rannsóknar Áttir FCL​
Framtíðar rannsóknar á FCL ætti að vera stefndar á „þróunarskilning, virkni sameining, og verksefnislegt anpassun.“ Aðalkostir innihalda:

1. Samþætta brotthæfð viðstandanar umskiptari: Brottna núverandi „tvívæð viðstandan (núll eða óendanlegt)“ takmarkanir til að þróa samþætta, brotthæfð viðstandanar umskiptari sem brotthæfð passa hærri viðstandan við stærri villustrauma. Þeir ættu einnig að innihalda orkuþáttag og ofhraflsabsörps, samþætta við stjórnarlausnir (til dæmis, neikvæður tilbakakalla, PID stjórn) til að bæta kerfisautómatismi.
2. Sameining við FACTS stjórnarlausnir: Þróa samþætta stjórnarlausnir sem sameina FCL við aðra FACTS atriði (til dæmis, SVG, SVC) til að bæta heildarlegum kostnaðarheild og fremja stjórnanleg AC sending og dreifingu.
3. Frúmskeytislegar teknologíubrot:
• Áhrif FCL á stöðugleika orkukerfis.
• Samþætta logika á milli FCL og skyddsvéla.
• Þróun hraðvirkra villutákna og stjórnarlausna.
• Áhrif FCL á orku kvalit (til dæmis, harmonics, spennuflukt) og lausnir.

​3 Ályktun​

• a. Straumstýrings takmörkun í orkukerfum hefur orðið mikilvæg áfangur sem þarf að leysa bráðlega. Sem nýtt skyddartæki, býður Straumstýringslyklavélar (FCL) á efektíva lausn, og þróa FCL sem passa nútímamets rafrásar hefur mikilvægar kenningar- og verksefnislegar gildi.
• b. Vélaverktaka FCL hafa nú þegar tekin grunnlag og verksefnislegt mögulegt. Þeirra frábær stjórnarvirki og lækka kostnað vélaverktaka bendir á breiða útbúunaratriði.
• c. Með því að FACTS/CusPow teknologi halda áfram að þróa, ætti FCL, sem mikilvægur hluti af FACTS fjölskyldu, ekki aðeins að sjálvstætt meðhöndla straumstýrings áfangar í sendinga og dreifikerfi, heldur einnig að vinna saman við aðra FACTS stjórnarlausnir til að fremja þróun stjórnanlega AC sendinga og dreifikerfa.