Сериялық резонанс жүйесінің негізгі компоненттеріне негізделген Ауытқу ағыны шектейтін құрылғы: Экономикалық және тиімді киңірек ағынды шешу

1. Кіріспе: Жобаның қолданыс аясы және негізгі мақсаттары​

1. ​Қысқа шарық ағымының ерекшелеуі мәселесінің өтулігі​
   Электр энергиялық желілердің ұзындығы мен қабілеттерінің тұрақты өсуімен, системадағы қысқа шарық ағымы деңгейі тез өсті, бар болған жабдықтардың сенімділік шектеріне жетіп, оларды өткізу.
   • ​Деректердің қолдауы:​​ Мониторинг бойынша, қазіргі уақытта 500кВ, 220кВ және 10кВ түрлеріндегі кейбір электр станцияларында қысқа шарық ағымы 100кА-нан астам; негізгі энергия басқару нүктелерінде қысқа шарық ағымының максималды периодтық компоненті 300кА-ға дейін жетеді.
   • ​Жаңқыр салдар:​​ Өте жоғары қысқа шарық ағымдары ыңғайлы высоковольтные выключатели жоқ, электр жабдықтары термодинамикалық күштердің шектерін өткенге байланысты зиян келтіреді, коммуникациялық жүйелерде электромагниттік қозғалыс, жердегі потенциалдың өсуі, және адымдық напряжение сынақтарына әкеледі. Бұл электр желілерінің сенімді және экономикалық өсуіне қолданылатын негізгі техникалық құрал болып табылады.
2. ​Мавжуд FCL технологияларының шектеулері​
   Ағымдағы негізгі жұмысқа шығу үшін шарық ағымы шектеу (FCL) технологияларының өзінің қасиеттері, олардың масштабты қолданылуына қиналған:
   • ​Суперкондуктивті FCL:​​ Суперкондуктивті материалдарға негізделген, бұл технология әлі әлі растақ болмаған, қанағаттанарлық деңгейі төмен, іске қосу және қызметкерлерге қажет пішімдерінің бағасы жоғары, экономикалық ыңғайсыздық береді, оның инженерлерге қолданылуы краткосрочно и среднесрочной перспективе затыр.
   • ​Энергетикалық электроникалық FCL:​​ Энергетикалық полупроводниктердің напряжение және ағым қабілеттеріне қолайлы, сериялық/параллель напряжение және ағым бөлу басқаруына қиналған, түйіндемелік түрде құрал (қосымша ағым шектеу компоненттері және тез қорғау схемасы қажет), және қымбат.
3. ​Бұл зерттеудің негізгі мақсаты​
   Берілген мәселелерді шешу үшін, бұл зерттеу әдеттегі электр жабдықтарына негізделген сериялық резонанс қысқа шарық ағымы шектеу шешімін ұсынуға бапталады, бұл суперкондуктивті немесе энергетикалық электроникалық емес. Сондай-ақ, екі топология қарастырылған:
4. Сытталған реактордың негізіндегі сериялық резонанс FCL
5. ZnO арестерінің негізіндегі сериялық резонанс FCL
   Бұл зерттеу Электромагниттік уақыттық программасы (EMTP) симуляциясын пайдаланып, олардың кез келген уақыттағы ағым шектеу қасиеттерін терең талдау, салыстыру және соңында олардың техникалық ықтималдылық, экономикалық және қызмет істеу құралындағы маңызды артықшылықтарын тексеру үшін қолданылады.

​II. Сытталған реактордың негізіндегі сериялық резонанс FCL​

1. ​Схеманың топологиясы және жұмыс құралы​
   • ​Топологиялық құрылымы:​​ Негіз сытталған реактор L_B, конденсатор C, және сериялық реактор L. L_B C-пен параллельде байланысты, бұл комбинация L-ге сериялық байланысты системага қосылады.
   • ​Жұмыс құралы:​​
   o ​Нормалды режим:​​ Жол ағымы кішкентай. L_B сытталған аймақта (оның теңдестірілген индуктивтілігі L_B1 өте жоғары). Оның C-пен параллельде тұрған комбинациясы индуктивті қасиетке ие. Сериялық реактор L-мен бірге, олар қуаттық дауыстық сериялық резонанс шартын қанағаттандырады (ωL - 1/ωC ≈ 0). Күрделі өнім өте төмен қарама-қартиялық қасиетке ие, системадағы жоғары қындылықтар минималды.
   o ​Қысқа шарық режимі:​​ Қысқа шарық ағымының өсуімен L_B (оның теңдестірілген индуктивтілігі L_B2-ге тез қысуы). Оның параллельде тұрған ветві C-ді өте қысқа шарыққа қосады, сондықтан резонанс шарты бұзылады. Осы уақытта сериялық реактор L және сытталған реактор L_B2 системага қосылады, сондықтан қысқа шарық ағымын қолданысқа қолданады.
   o ​Қысқа шарықты жою:​​ Қысқа шарықты жоюдан кейін, ағым өседі. L_B автоматты түрде сытталған аймақтан шығады, конденсатор қайта қосылады, схема резонанс режиміне қайтып, қосымша қуатты қажет етпей айтқанда өз-өзінің өзгеруін басқарады.
   • ​Параметрлерді таңдау принциптері:​​
   o ω²L_B1C >> 1 (Нормалды режимде параллельде тұрған ветвінің индуктивті қасиетін қамтамасыз етеді)
   o ωL - 1/ωC ≈ 0 (Нормалды режимде резонанс шартын қамтамасыз етеді)
   o ω²L_B2C << 1 (Қысқа шарық режимінде параллельде тұрған ветвінің конденсаторды қысқа шарыққа қосу үшін қасиетін қамтамасыз етеді)
2. ​Ағым шектеу қасиеттерін симуляциялық талдау (EMTP)​​
   220кВ системада (бағытталған қысқа шарық ағымының максималды пик: 110кА) қатарлы қысқа шарық шартында симуляция өткізілді. Негізгі заключениялар мынадай:

​III. ZnO арестерінің негізіндегі сериялық резонанс FCL​

1. ​Схеманың топологиясы және жұмыс құралы​
   • ​Топологиялық құрылымы:​​ Сытталған реактор L_B ZnO арестерімен ауыстырылады. Калған структура (параллель C + сериялық L) өзгеше өзгерісі жоқ.
   • ​Жұмыс құралы:​​ Принцип сытталған реактордың негізіндегі схемаға ұқсас. Нормалды режимде ZnO өте жоғары қарсылықты көрсетеді, схема резонанс режимінде. Қысқа шарық режимінде конденсатордың напряжение деңгейі өтуімен ZnO өте төмен қарсылықты көрсетеді (конденсаторды қысқа шарыққа қосады), сондықтан резонанс шарты бұзылады. Сериялық реактор L қысқа шарық ағымын шектейді. Система қысқа шарықты жоюдан кейін автоматты түрде қайта қалыптасады. Бүтін процесте ZnO-ның нелинейлік вольт-ампер қасиеттері қолданылады.
2. ​Ағым шектеу қасиеттерін симуляциялық талдау​
   Айналымдық системадағы симуляция негізгі заключенияларды ұсынады:

​IV. Екі FCL схемасының толық салыстыруы​