Tasarrufchi turdagi g'ibrid yuqori voltajli DC shunt mashinasi yechimi
I. Loyiha orasini va talablar tahlili
Energetika o'zgarishi yanada rivojlanishda, aktiv va reaktiv quvvatni mustaqil ravishda boshqarish va past harmonik tarkibning afzalliklari sababli, vosita manba quyidagi gibrid DC quruvchisi texnologiyasi katta hajmda yangi energiya integratsiyasini va masofali elektr taqsimot qobiliyatini oshirish uchun asosiy yechim bo'lib hisoblanmoqda. Moslashuvchan DC tarmoqlarini qurish nihoyatda kelajakda. Bu holatda, tez xato ajratish va tarmoq xavfsizligini ta'minlash uchun asosiy himoya qurilmasi sifatida yuqori boslikli DC avtomatlarining ahamiyati juda katta. Yaxshi imkoniyatlarga ega bo'lgan DC avtomatlar yo'q bo'lsa, moslashuvchan DC tarmoqlarining ish rejimi osonligi va energiya taqsimotining ishonchli qobiliyati o'g'irlangan bo'ladi.
Joriy paytda mashhur yuqori boslikli DC avtomat texnologiyalari odatda muhim cheklashlarga ega:
- Mexanik avtomatlar: Ular faol rejimda juda kam ziyorat va yuqori qarshilikni ta'minlaydi, lekin ularning kesish muddati desyatlar millisekund, bu esa moslashuvchan DC tarmoqlarda millisekund darajadagi tez xato ajratish talabiga javob bera olmaydi.
- To'liq halqachli avtomatlar: Semikonduktor qurilmalar asosida, ular juda tez kesishni ta'minlaydi, lekin ular faol rejimda juda ko'p ziyorat, yuqori ishlash narxi va nisbiy ekonomik samaradorlikni beradi.
- An'anaviy g'aroyib avtomatlar: Mexanik va halqachli avtomatlarning afzalliklarini birlashtirsa, ularning topologiyasi har ikki yo'nalishda ham IGBT-larni ketma-ket ulashni talab qiladi, bu esa qurilmaning kam foydalanishini, tizimning murakkabligini va yuqori narxini keltiradi.
Bu texnik jarohatlar bilan borish uchun, tez kesish imkoniyati, kam ishlash ziyorati, yuqori ekonomik samaradorlik va yuqori ishonch bilan jami bo'lgan yangi DC avtomat yechimiga zo'r talab mavjud.
II. Yechim: G'aroyib tipdagi moslashuvchan yuqori boslikli DC avtomat
Bu yechim innovatsion g'aroyib tipdagi yuqori boslikli DC avtomat topologiyasini taklif etadi, joriy texnologiyalarning cheklashlarini asosiy ravishda hal qiladi.
(I) Asosiy texnologiya: Innovatsion shema topologiyasi
Bu avtomat shemasining topologiyasi parallel ulangan o'tkazish va kesish shakllardan iborat.
- O'tkazish shakli:
- Tuzilishi: Tezlik bilan ishlov beriladigan mexanik kalit (S1) va o'tkazish ventil guruh (Q1) ketma-ket ulangan.
- Xususiyatlari: S1 juda kam kontakt qarshiligiga ega (faqat o'nlik mikro-om), Q1 esa kam o'tkazish qarshilikka ega bo'lgan nechta IGBT-lardan iborat. Oddiy ish rejimida, norma o'tkazish shu shaklda o'tadi, bu esa faol rejimdagi kam ziyoratni ta'minlaydi.
- Kesish shakli:
- Tuzilishi: Most rectifier strukturasidan foydalanadi, bu esa bir nechta seriyaga ulangan diodlardan (D1-D4) tashkil topgan most kommutatsiya ventil guruh, bir tomonlama kesish ventil guruh (Q2, bir nechta seriyaga ulangan IGBT-lardan tashkil topgan) va noqoidal direktor (MOV1, arrester) dan iborat.
- Asosiy afzalligi: Most rectifier strukturasining xushcha taraqqiyotlari, unidirectional IGBT kesish ventil guruh (Q2) ikki tomonlama DC xato oqimlarini kesish imkoniyatini beradi. An'anaviy g'aroyib topologiyalarga solishtirganda, IGBT-lar soni yarimiga yetib qoldi. Kommercheski press-pack IGBT-lar ushbu reytingdagi diodlardan 10 marta qimmat bo'lgani uchun, IGBT-lar sonining kamayishi ham uning qo'shimcha driver panelilar sonini kamaytiradi, bu esa topologiyada samarali arzonlashtirish va umumiy ishonchni oshirishni ta'minlaydi.
(II) Samarali kesish ishlash printsipi
Port 1 dan Port 2 ga o'tkazilayotgan oqim misolini olsak, kesish jarayoni to'rt bosqichdan iborat:
- Bosqich 1 (t0–t1, Xato yuz bergan): Chiziqli xatoda qisqa zanjir xatosi yuz beradi, bu esa oqimni tezkor oshiradi. Bu paytda, S1 va Q1 o'tkazish rejimida, Q2 kesilgan, xato oqimi butunlay o'tkazish shaklda o'tadi.
- Bosqich 2 (t1–t2, Oqim o'zgartirilishi): Boshqaruv tizimi ochish buyrug'ini yuboradi, Q2 ni yoqadi va Q1 ni o'chiradi. Q2 ning o'tkazish rejimida ishlashi, most ro'yxatida kommutatsiya voltajini yaratadi, bu esa oqimni o'tkazish shakidan kesish shakliga (yo'nalish: D1 → Q2 → D4) o'tkazadi.
- Bosqich 3 (t2–t3, Mexanik kalit kesish): O'tkazish shaklidagi oqim butunlay o'tkazilgandan so'ng, tezlik bilan ishlov beriladigan mexanik kalit S1 nol oqim va nol voltaj shartlarda, chiplamasiz kesish rejimiga o'tadi, izolyatsiya kuchini o'rnatadi.
- Bosqich 4 (t3–t4, Xato oqim ajratilishi): S1 butunlay kesilgandan so'ng, Q2 o'chiriladi. Q2 o'chirilishi, avtomatga doimiy oshib tortadigan voltajni yaratadi, bu esa MOV1 ni yoqadi va xato oqimini MOV1 ga yo'naltiradi, bu esa energiya tugaguncha, oqim nolga teng bo'lguncha, xato ajratish amalga oshiriladi.
Teskari oqim uchun kesish printsipi shunday, diod most (D2, D3) yordamida Q2 orqali o'tadi.
(III) Aqliy boshqarish strategiyasi
- Kesish oldidagi boshqarish strategiyasi:
- Maqsadi: Tezlik bilan ishlov beriladigan mexanik kalit ochish muddati (ko'pincha 2 ms) yuqori bo'lishi jaroxati yengilla tashkil etish, umumiy kesish muddatini qisqartirish va xato oqimining maksimal qiymatini pasaytirish.
- Logika: Bus voltaji, chiziqli voltaj va chiziqli oqimni (jami 6 ta parametr, jadval 1 da ko'rsatilgan) real vaqt rejimida monitoring qilish orqali, agar qandaydir noto'g'ri parametr yuz bersa, kesish oldidagi operatsiya oldindan boshlanadi (oqimni kesish shakka o'tkazish va S1 ni ochish). Agar rasmiy ochish buyruqi keyin kelgan bo'lsa, kesish yakunlanadi; agar noto'g'ri signal bo'lsa, oqim o'tkazish shakka qaytarilib, oddiy ish rejimiga o'tiladi.
- Natija: Modellash natijalari, bu strategiya xato oqimini 25 kA dan 17 kA gacha pasaytirishini, umumiy kesish muddatini 3 ms ichida qisqartirishini ko'rsatadi.
Jadval 1: Kesish oldidagi aktivatsiya parametrlari
|
Parametr turi |
Aynan shart |
|
Oqim parametri |
Chiziqli oqim miqdori > himoya chegarasi; Chiziqli oqim o'zgarish tezligi (di/dt) mutlak qiymati > himoya chegarasi |
|
Chiziqli voltaj parametri |
Chiziqli voltaj miqdori < himoya chegarasi; Chiziqli voltaj o'zgarish tezligi (du/dt) mutlak qiymati > himoya chegarasi |
|
Bus voltaj parametri |
Bus voltaj miqdori < himoya chegarasi; Bus voltaj o'zgarish tezligi (du/dt) mutlak qiymati > himoya chegarasi |
- Yengil yopish boshqarish strategiyasi:
- Maqsadi: Yopish paytda potensial overvoltage va tizim maydoniy o'sish muammolarini hal qilish, qo'shimcha direktorlar va kalitlarni talab qilmaslik, shuningdek, narx va joyni saqlash.
- Logika: Kesish shakli bir nechta o'rtacha voltajli birliklardan iborat deb qaraladi. Yopish paytda, bu o'rtacha voltajli birliklarni qadam-qadam va kontrollanib yoqish orqali yo'nalish yaratiladi. Har bir qadamdan so'ng, xato aniqlash amalga oshiriladi. Agar xato aniqlanmagan bo'lsa, jarayon davom etadi, gacha har bir birlik yoqilsin. Nihoyatda, o'tkazish shakli yopiladi va kesish shakli o'chiriladi. Agar jarayonda xato aniqlanganda, yopish bekor qilinadi.
- Qo'llanilishi: Oddiy yopish va xato ajratishdan keyin avtomatik qayta yopish uchun mos keladi. Modellash overvoltage yoki maydoniy o'sish yo'qini tasdiqlaydi.
III. Prototip ishlab chiqarish va sinov tekshirish
(I) Prototipning asosiy parametrlari va tuzilishi
500 kV DC avtomat inzhener prototipi ishlab chiqarildi, quyidagi asosiy parametrlar bilan:
|
Parametr turi |
Qiymat |
|
Norma voltaj |
500 kV |
|
Norma oqim |
3 kA |
|
Eng katta kesish oqimi |
25 kA |
|
Kesish muddati |
< 3 ms |
|
MOV himoya darajasi |
800 kV |
|
Asosiy qurilma xarakteristikasi |
4.5 kV/3 kA Press-Pack IGBT |
- Tuzilish dizayni:
- O'tkazish shakli: U uzun muddat oqimni o'tkazadi, shuning uchun Q1 suv sovuq turuvchi tizim bilan jihozlangan va ventil minarining pastki qismida joylashtirilgan; S1 bir nechta vakuum kalitlari seriyaga ulangan, elektromagnit repulsion mekanizmi yordamida ishlatiladi va ventil minarining tepasida joylashtirilgan.
- Kesish shakli: 10 ta seriyaga ulangan 50 kV o'rtacha voltajli birliklardan tashkil topgan, 2 ta ventil minar (har birida 5 ta qavat) orqali o'rnatilgan. Q2 ikki parallel IGBT dizayni bilan ishlatiladi, bu esa kesish qobilyatini ta'minlaydi. Bu shakl oddiy ish rejimida oqimni o'tkazmaydi, shuning uchun sovuq turuvchi tizim talab qilinmaydi, bu esa aniqroq dizaynga olib keldi.
(II) Sinov tekshirish natijalari
Prototip ekvivalent sinov shematasi (LC osillyator shemasida) yordamida rangli sinovga o'tkazildi:
- Kommutatsiya muddati: Oqim o'tkazish shakidan kesish shakligacha o'tkazish muddati < 300 μs.
- Umumiy kesish muddati: Ochish buyrug'i qabul qilingandan oqim pasayish boshlanishigacha 2.9 ms bo'ldi, bu esa <3 ms lik dizayn maqsadiga javob berdi.
- Doimiy overvoltage: Kesish paytda 800 kV lik doimiy overvoltage yaratildi, bu esa MOV himoya darajasiga mos keladi, boshqarilgan va xavfsiz.
- Xulosa: Sinovlar g'aroyib tipdagi yuqori boslikli DC avtomat topologiyasining mumkinlik, samaradorlik va yaxshi xususiyatlarni muvaffaqiyatli tekshirdi.
IV. Asosiy xulosalar:
- Ushbu yechimda taklif etilgan g'aroyib tipdagi topologiya, diod most yordamida ikki tomonlama oqimni boshqarish imkoniyatini beradi, an'anaviy yechimlarga solishtirganda IGBT-lar sonini yarimiga yetkazadi, bu esa samarali va ishonchli bo'lgan afzalliklarni beradi.
- Aqliy kesish oldidagi va yengil yopish boshqarish strategiyalari, mexanik kalit ishlash vaqti va yopish ta'siri muammolarini hal qilishda samarali, bu esa tizimning umumiy dinamik xususiyatlarini oshiradi.
- 500 kV/25 kA inzhener prototipning muvaffaqiyatli ishlab chiqarilishi va sinov tekshirilishi, ushbu texnik yondashuvning inzhenerlik mumkinligini va samaradorlikni to'liq tasdiqlaydi.
