Zuhaitz-tipoaren hibridoa den altu tenperatura DC iturri-bataketa ebazpena

I. Proiektuaren Oinarria eta Analisi Arrunta​
Energia-transizioak ahalik eta zorrotzago egitearekin, independentzia aktiboa eta reaktibo indarraren kontrola eta harmoniko baxuko edarien teknologia DC fleksiboen transmitazio teknologiak (VSC) erabiltzen dituenak, eskuhartzeko energia handiak integratzeko eta distantzioko transmitazio-indarraren ezaugarriak hobetzeko soluzio garrantzitsua bihurtu dira. DC fleksiboen saretan eraikitzeko tendentzia arrunta da. Kontextuan hauetan, tensio-altuaren DC sarrera-aterako circuituen iturritzaileak, falldun azkar isolatzeko eta sarreren segurtasuna eta estabilitatea babesteko tresna nagusiak dira. Ez badaude prestakuntza onenak duen DC iturritzaileak, DC fleksiboen sarrerako operazioen flexibilitatea eta jasangarritasuna murriztuko lirateke.

Une honetan, tensio-altuaren DC sarrera-aterako circuituen teknologiak murrizketak dituzte:

• ​Mekaniko Iturritzaileak: Egunero galduak txikiak eta tentsio-handiak suportatzen dituzte, baina ezin dute milisekundo mailako isolamendu azkarra burutu, DC fleksiboen sarreren eskumenak bete.
• ​Solido-Oso Iturritzaileak: Semikonduktore-en arteko tresnek oinarritzen dituzte, isolamendu azkarra ematen dute, baina eguneroko galduak gehienak, kostu askoz gehiago dituzte eta ekonomikoki ez dira rentabilgarriak.
• ​Tradizionala Konbinatu Iturritzaileak: Mekaniko iturritzaileen galderen txikitzea eta solidoko iturritzaileen isolamendu azkarra batzen dituzte, baina topologia IGBTren serie konexioa behar du, sistema konplexuagoa eta kostu altuagoa sortzen du.

Eskumen horiei erantzun, isolamendu azkarra, galdera gutxiagoko funtzionamendua, ekonomikoki rentabilgarria eta fidagarria den DC iturritzaile berriaren soluzioa beharrezkoa da.

​II. Soluzioa: Konbinatua Tentsio Altua DC Iturritzailea Erretifikadorea​
Soluzio hau proposatzen du erretifikadore motatako konbinatua tentsio altua DC iturritzaile topologia berri bat, teknologi lehenespenezko murrizketak ebazteko.

​​(I) Nukleoko Teknologia: Topologia Berriko Kircuitoa​
Kircuito iturritzaile hau karga-karga taldea eta karga-txertatu taldea paralelo konektatuta dauden.

1. ​Karga-Karga Taldea:
• ​Osagaiak: Karga-altu mekaniko (S1) eta karga-karga balbo taldea (Q1) serie konexioan daudela.
• ​Ezaugarriak: S1 kontaktu-ohmikoa (zurehain mikro-ohmoak), Q1 IGBT gutxi dituena, normalki funtzionatzen denean, karga-karga taldean igaro eta galdera gutxiagoko funtzionamendua.
2. ​Karga-Txertatu Taldea:
• ​Osagaiak: Zerrenda kommutazio balbo taldea (D1-D4, diod kopuru handiak serie konexioan), noranzko bakarreko txertatu balbo taldea (Q2, IGBT kopuru handiak serie konexioan) eta non-lineal ohmigaitza (MOV1, arrester).
• ​Nukleoko Adbantatgea: Zerrenda kommutazio estruktura adierazten du, noranzko bakarreko IGBT txertatu balbo taldea (Q2) bi noranzkoan DC falldun isolamendua egin dezake. Topologia tradizionalarekin alderatuta, IGBT zenbakia erdi bat txertatzen da. Press-pack IGBT komertzialak diod kopuru berdinekin 10 aldiz gehiago kostatzen dituzte, eta IGBT zenbaki murriztea driver board kopuru murriztea ere, kostu murriztea eta fidagarritasun hobetzea lortzen da.

​​(II) Efektiboki Isolamendu Funtzionamendua​
Adibidez, Portu 1-tik Portu 2-ra doan kargatik, isolamendu prozesua lau etape ditu:

1. ​Etapa 1 (t0–t1, Falldun Gertatzen)​: Lerroko falldun laburra gertatzen da, karga handitzen hasten da. Orduan, S1 eta Q1 irekitzen dira, Q2 itxita dago, eta falldun karga guztia karga-karga taldean igaro.
2. ​Etapa 2 (t1–t2, Karga Traspasatzen)​: Kontrol-sistema irekitze ordena eman, Q2 irekitzen da, Q1 itxitzen da. Q2 irekitzeak zerrenda kommutazio tensioa sortzen du, karga-karga taldetik karga-txertatu taldera traspasatzen du (bidea: D1 → Q2 → D4).
3. ​Etapa 3 (t2–t3, Mekaniko Iturritzailea Itzaltzen)​: Karga-karga taldeko karga guztiak traspasatuta, mekaniko iturritzaile altu S1 zero-karga eta zero-tentsio kondizioetan itzaltzen da arkua gabe, izolamendu tentsioa sortzen du.
4. ​Etapa 4 (t3–t4, Falldun Karga Itzaltzen)​: S1 itzalita, Q2 itxitzen da. Q2 itxitzeak momentaneo tentsio altua sortzen du, MOV1 irekitzen da, falldun karga MOV1-n erosten eta energiak amaitzen dira, karga zeroan joan eta falldun isolamendua amaitzen da.

Alderantzizko karga isolamendu printzipioa berdina da, diod zerrenda (D2, D3) erretifikadorean bidez Q2-ra igarotzen da.

​​(III) Kontrol Estrategia Adimendun​

1. ​Aurreko Isolamendu Kontrol Estrategia:
• ​Helburua: Mekaniko iturritzaile altu irteera denbora handiak (2 ms inguru) gainditu, isolamendu denbora totala murriztu, eta falldun karga pikea murriztu.
• ​Logika: Bus tensio, lerro tensio, eta lerro karga (sextu kriterio, taula 1) denbora erreala monitorizatzen ditu, baldin eta kriterio anormal bat gertatzen da, aurreko isolamendu funtzioa hasi (karga karga-txertatu taldera traspasatzea eta S1 itxita). Ordena irabazi ondoren, isolamendu amaitzen da; aldatu ondoren, karga karga-karga taldera bueltatzen da funtzionamendu normalera.
• ​Efektuak: Simulazioak adierazten dute estrategia hau falldun karga 25 kA-tik 17 kA-ra murrizten du, isolamendu denbora totala 3 ms inguru mantentzen da.

​Taula 1: Aurreko Isolamendu Aktibatze Kriterioak​

1. ​Soft Closing Control Strategy:
• ​Purpose: To address the potential overvoltage and system oscillation issues at the moment of closing, without the need for additional resistors and switches, saving costs and space.
• ​Logic: The current-breaking branch is treated as composed of multiple medium-voltage units connected in series. During closing, these medium-voltage units are sequentially and controllably turned on to gradually establish a path. After each step, fault detection is performed. If no fault is detected, the process continues until all units are turned on. Finally, the current-carrying branch is closed, and the current-breaking branch is turned off. If a fault is detected during the process, closing is immediately aborted.
• ​Applicability: Suitable for normal closing and automatic reclosing after fault clearance. Simulations verify no overvoltage or oscillation.

​III. Prototipoaren Garapena eta Esperimentazio Balioztatzea​

​​(I) Prototipoaren Parametro Nagusiak eta Estructura​
500 kV DC iturritzaile ingeniaritzeko prototipo garatu da, parametro nagusi hauek ditu:

• ​Estructura Diseinua:
• ​Karga-Karga Taldea: Karga luze iturriko dugunean, Q1 ur-hotza sistema duen eta valve toweraren behean kokatuta dago; S1 vakuum iturritzaile serie konexioan daudela, electromagnetik repulsion mekanismoaren bitartez mugitu, eta valve toweraren goian kokatuta dago.
• ​Karga-Txertatu Taldea: 10 serie konexioan dauden 50 kV medium-voltage unit, 2 valve tower (5 layer bakoitz) instalatuta. Q2 dual-parallel IGBT diseinua du, txertatu kapasitatea bete. Talde honek ez du karga normal funtzionamenduan, ez du hotza behar, diseinu sinplifikatua da.

​​(II) Esperimentazio Balioztatze Emaitzak​
Prototipoak LC oszilatze circuitu baten bitartez proba sendotan egin ditu:

• ​Kommutazio Denbora: Karga-karga taldetik karga-txertatu taldera traspasatzeko denbora < 300 μs.
• ​Isolamendu Denbora Totala: Irekitze ordena hartuta, karga hasi joan, 2.9 ms inguru, <3 ms helburua betetzen du.
• ​Momentaneo Tentsio Altua: Isolamenduan tentsio altua 800 kV sortzen da, MOV babesteko mailarekin bat dator, kontrolatuta eta segurua.
• ​Iraultza: Esperimentuak erraza, efektiboki eta prestakuntza onenak dituen erretifikadore motatako konbinatua tentsio altua DC iturritzaile topologia frogatu dute.

​IV. Helburu Nagusiak:

1. Erretifikadore motatako konbinatua proposatzen duen soluzioan, diod zerrenda diseinu berri bat erabili da, bi noranzkoan karga kontrolatzeko, IGBT erabilera 50% txertatu, ekonomikoki rentabilgarria eta fidagarria.
2. Adimendun aurreko isolamendu eta soft closing kontrol estrategiak mekaniko iturritzailearen mugimendu denbora luzea eta itxita izan daitezen, sistema dinamikaren prestakuntza hobetzen du.
3. 500 kV/25 kA ingeniaritzeko prototipo garapena eta proba ondo egin direla froga dute teknika hau egiaztatzen du.