Продольное и поперечное токоограничение в электрических системах с помощью сверхпроводниковых устройств

• Автор: Михеев, Павел Александрович
• Шифр специальности: 05.14.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 201 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение.

1. Современное состояние проблемы продольного и поперечного токоограничения.

1.1. Развитие исследований в области сверхпроводимости и применение явления в электроэнергетике.

1.2. Сверхпроводииковыс токоограничители. Их типы и параметры.

1.2.1. Сверхпроводниковые токоограничители резистивного типа

1.2.2. Сверхпроводниковые токоограничители трансформаторного типа

1.2.3. Сверхпроводниковые токоограничители выпрямительного типа

1.2.4. Сверхпроводниковые токоограничители индуктивного типа

1.2.5. Основные параметры сверхпроводниковых токоограничителей

1.3. Методы продольного токоограничения в электрических сетях.

1.4. Методы поперечного токоограничения в электрических сетях.
1.4.1. Мировая практика заземления нейтрали сетей среднего напряжения
1.4.2. Принятые режимы заземления нейтрали в сетях 0 кВ и выше
1.5. Экономическая целесообразность использования сверхпроводниковых токоограничителей в условиях оптового рынка электроэнергии мощности переходного периода.
1.6. Выводы
2. Особенности продольного токоограничения в электрических системах с помощью сверхпроводниковых токоограничителей
2.1. Постановка задачи.
2.2. Математическая модель электромагнитного переходного процесса при токоограничении удаленных коротких замыканий с помощью сверхпроводниковых токоограничителей
2.2.1. Обоснование математической модели.
2.2.2. Решение дифференциального уравнения электромагнитного переходного процесса
2.2.3. Решение тестового примера по удалнному короткому замыканию.
2.3. Тепловое воздействие тока короткого замыкания в сети со сверхпроводпиковым токоограничителем
2.3.1. Определение действующего значения и теплового импульса тока короткого замыкания в сети со сверхпроводниковым токоограничителем
2.3.2. Тестовый пример по тепловому воздействию тока короткого замыкания в сети со сверхпроводпиковым токоограничителем
2.4. Математическая модель электромагнитного переходного процесса при токоограничении неудалнных коротких замыканий с помощью сверхпроводниковых токоограничителей
2.4.1. Решение дифференциального уравнения ЭДС синхронного генератора при токоограничении с помощью сверхпроводниковых токоограничителей.
2.4.2. Решение тестового примера по неудалнному короткому замыканию.
2.5. Влияние сверхпроводниковых токоограничителей на
электромеханические переходные процессы в электроэнергетических системах
2.5.1. Статическая устойчивость системы со сверхпроводниковым токоограничителем.
2.5.2. Динамическая устойчивость системы со сверхпроводниковым токоограничителем
2.5.3. Тестовый пример но электромеханическим переходным процессам системы со сверхпроводниковым токоограничителем.
2.6. Выводы.
3. Применение сверхпроводниковых токоограничителей в продольном токоограничении и формирование требований к ним
3.1. Постановка задачи.
3.2. Формирование требований к сверхпровод пиковым
токоограничитслям
3.2.1. Требования с точки зрения комму рационной способности высоковольтного выключателя
3.2.2. Требования с точки зрения устойчивости нагрузки
3.2.3. Требования с точки зрения потери напряжения в нормальном режиме работы сети.
3.2.4. Формирование комплексного критерия к параметрам сверхпроводниковых токоограничителей
3.3. Расчт коротких замыканий в сетях со сверхпроводниковыми токоограничителями
3.3.1. Моделирование сверхпроводниковых токоограничителей в среде МааЬ Зшипк.
3.3.2. Расчт сети собственных нужд электростанции
3.3.3. Расчт сети мощной узловой подстанции
3.3.4. Расчт сети электроснабжения промышленного предприятия
3.4. Выводы.
4. Применение сверхпроводниковых токоограничителей в поперечном токоограничении электрических сетей.
4.1. Постановка задачи.
4.2. Рекомендуемые режимы нейтрали с использованием сверхпроводниковых токоограничителей в сетях среднего напряжения.
4.3. Рекомендуемые режимы ней рали с использованием сверхпроводниковых токоограничителей в сетях 0 кВ и выше.
4.4. Выводы.
5. Техникоэкономическое обоснование применения сверхпроводниковых токоограничителей в электрических системах.
5.1. Постановка задачи.
5.2. Обоснование экономической целесообразности применения сверхпроводниковых токоограничителей в электрических системах
5.3. Оценка стоимости сверхнроводникового токоограничителя.
5.4. Выводы
Заключение.
Список использованных источников


Работы по применению ВТСПматериалов ведутся в Японии, США, европейских странах. Изготовлены и испытаны модели от 0 кВА до 1 МВА, ведутся разработки трансформаторов мощностью от до МВА. ЭЭС развитых стран . Сверхпроводниковые индуктивные накопители СПИН энергомкостью 5 9 Дж рассматриваются как одно из эффективных средств повышения устойчивости ЭЭС. На индуктивные накопители энергомкостью 9 Дж могут быть возложены задачи увеличения пределов передаваемой мощности линии по условиям динамической и статической устойчивости, демпфирования электромеханических процессов в генераторах в послеаварийных режимах, сглаживания нерегулярных колебаний по линиям, связывающим ЭЭС, обеспечения режимов глубокого потребления и выдачи реактивной мощности в узел ЭЭС для обеспечения условий нормализации напряжения и так далее , . СВЕРХПРОВОДНИКОВЫЕ ТОКООГРАНИЧИТЕЛИ. На протяжении последних нескольких десятилетий достаточно интенсивно ведутся работы по разработке и внедрению в электрические сети сверхпроводникового оборудования генераторов, трансформаторов, кабелей и, конечно же, токоограничителей . К, и, конечно, не жидким гелием, а азотом, что существенно снижает стоимость конструкции ВТСПтокоограничителя и уменьшает его габариты. В настоящее время ведутся разработки нескольких типов СОТ . СОТ резистивного типа является самым простым и малогабаритным. Основной особенностью СОТ активного типа является включение сверхпроводникового элемента непосредственно в схему с защищаемой нагрузкой , . Рис. СОТ резистивного типа применяются в последовательном и шунтирующем исполнении. Рис. Параллельное исполнение более эффективно с точки зрения плотности тока в ВТСПрезисторс в режиме замыкания и связанными с этим затратами на отвод тепла. В настоящее время шунтирующий тип СОТ может быть применен в схемах с однократным АПВ, но в ближайшее время после некоторых доработок ВТСПкатушки и непосредственно самих В ГСПматериалов можно будет добиться 2кратного АПВ. Практическое применение СОТ резистивного типа будет далее рассмотрено в настоящей работе. СОТ трансформаторного типа можно представить в виде трансформатора с ВТСПрезистором в качестве нагрузки вторичной обмотки . Рис. В нормальном режиме работы вторичная обмотка трансформатора замкнута на сверхпроводник сопротивление СОТ близко к нулю. КЗ резистор выходит из сверхпроводящего СОСТОЯНИЯ II его сопротивление растет, в результате чего ток КЗ ограничивается индуктивным сопротивлением первичной обмотки. Основным недостатком трансформаторного ВТСПограничителя тока можно назвать большие габариты устройства, а также более сложную конструкцию и высокую стоимость но сравнению с резистивными СОТ, что в конце х годов прошлого века удержало многих разработчиков от дальнейшего освоения данного исполнения. СОТ выпрямительного тина представляет собой диодный мост. В диагональ диодного моста включена ВТСПкатушка индуктивности, через которую протекает только постоянный ток, что важно, так как токонесущая способность ВТСПпроводов сильно уменьшается при работе на переменных токах. В номинальном режиме работы производная тока в катушке индуктивности постоянна на ней ист падения напряжения катушка находится в сверхпроводящем состоянии, следовательно, нет падения напряжения и на ее активном сопротивлении. В случае КЗ начинается рост тока в катушке индуктивности, на ней начинается падение напряжения, равное напряжению сети, таким образом, происходит ограничение тока КЗ. Скорость роста тока в катушке индуктивности прямо пропорциональна ее индуктивности, ввод тока в катушку происходит по закону, близкому к линейному. СОТ выпрямительного типа в настоящее время активно исследуются в Японии . Дополнительным преимуществом СОТ данного типа является возможность их использования как источников бесперебойного питания в случае замены диодного моста на тиристорный мост, способный работать в качестве инвертора, преобразующего энергию, запасенную в катушке индуктивности в переменный ток. А, созданный в США усилиями фирм i, I и лаборатории ЛосАламоса .