Аннотация
Открытие явления высокотемпературной сверхпроводимости (ВТСП) создало возможность внедрения электротехнических устройств, обладающих уникальными характеристиками. ВТСП-провод второго поколения на основе иттриевой керамики имеет слоистую структуру, в котором сверхпроводящий слой занимает малую долю. В нагрузочном режиме ВТСП-провод обладает нулевым сопротивлением, а при возникновении сверхтоков сверхпроводящий слой переходит в нормальное состояние, в котором обладает большим сопротивлением. Ток, протекающий по проводу, вытесняется в несверхпроводящие слои (в основном медный слой), которые, в свою очередь, могут значительно ограничивать ток по причине относительно малого поперечного сечения. На основе этого созданы высокотемпературные сверхпроводящие токоограничивающие устройства (ТОУ) резистивного типа. В России и мире активно ведутся разработки ВТСП ТОУ, один из крупнейших проектов реализован в г. Москве. Представляет интерес изучение вопроса влияния ВТСП ТОУ на устойчивость электропередачи при установке ТОУ вблизи генератора. В статье рассматривается влияние ВТСП ТОУ на устойчивость на примере простейшей электропередачи генератор – шины бесконечной мощности при установке ТОУ в характерных точках электропередачи. Предложен критерий предпочтительной величины активного сопротивления из условия минимального отклонения угла ротора в начальный момент короткого замыкания. Выполнено имитационное моделирование в программно-вычислительном комплексе Matlab/Simulink. Показано положительное влияние ВТСП ТОУ на устойчивость электропередачи при возникновении коротких замыканий. Отмечена необходимость решения оптимизационных задач для подбора оптимального активного сопротивления ВТСП ТОУ, определен вектор дальнейших исследований по рассматриваемой тематике.
Ключевые слова
высокотемпературные сверхпроводящие токоограничивающие устройства, ограничение токов короткого замыкания, устойчивость электрических систем, электроэнергетические системы
1. Официальный сайт ПАО «Россети». URL: https://rosseti.ru/investment/introdution_solutions/reestr_innovation/ (дата обращения 01.09.2023)
2. Результаты испытания сверхпроводящей кабельной линии с системой криогенного обеспечения / Рябин Т.В., Вишневский Г.В., Дубинин М.В., Кащеев А.В., Сытников В.Е. // Электроэнергия. Передача и распределение. 2019. №1 (52). С. 94-100.
3. Первое в энергосистеме России токоограничивающее устройство на основе высокотемпературной сверхпроводимости / М.Е. Мойзых, С.В. Самойленков, А.П. Вавилов, Е.С. Прохоров, А.С. Пучков, А.В. Майоров, А.В. Жуков, Р.Л. Байбеков, О.В. Токарева // Электричество. 2021. №4. С. 4-16. doi: 10.24160/0013-5380-2021-4-4-16
4. Особенности применения токоограничивающих устройств на основе высокотемпературной сверхпроводимости в электрических сетях высокого напряжения / А.С. Брилинский, Г.А. Евдокунин, И.А. Кузьмин, Н.Н. Магдеев, М.Е. Мойзых, М.А. Селькова // Электрические станции. 2019. №9(1058). С. 43-51.
5. Пат. 2691746 Российская Федерация, МПК H02H 9/02. Токоограничивающее устройство на основе высокотемпературной сверхпроводимости / Сотников Д.В., Бабурин К.А., Мойзых М.Е., Самойленков С.В.; заявитель ЗАО «СуперОкс». №2018142077, заявл. 28.11.2021, опубл. 18.06.2019.
6. Требования к организации систем релейной защиты сети при применении токоограничивающих устройств на основе высокотемпературной сверхпроводимости для снижения уровней токов короткого замыкания / О.В. Токарева, Р.Л. Байбеков, О.С. Панин, М.В. Савватин, М.Е. Мойзых // Электроэнергетика глазами молодежи-2019: материалы юбилейной Х Международной научно-технической конференции. Иркутск: Изд-во ИРНИТУ, 2019. Т. 2. С. 160-164.
7. Наумов И.В., Журавлев С.В., Байбеков Р.Л. Особенности проектирования устройств РЗА для высоковольтных ВТСП ТОУ сети 220 кВ в Москве // Релейщик. 2021. №1. С. 38-41.
8. Пат. 2777031 Российская Федерация, МПК H02H 3/40. Способ защиты токоограничивающего устройства на основе высокотемпературных сверхпроводников в линии высоковольтной сети без шунтирующего элемента и комплекс релейных защит для реализации способа / Устюжанин П.А., Мойзых М.Е., Магоммедов Э.Ш., Коломенцева Д.А.; заявитель ЗАО «СуперОкс». №2021123647, заявл. 09.08.2021, опубл. 01.08.2022.
9. First Russian 220 kV superconducting fault current limiter (SFCL) for application in city grid / M. Moyzykh, D. Gorbunova, P. Ustyuzhanin, D. Sotnikov, K. Baburin, A. Maklakov, E. Magommedov, A. Shumkov, A. Telnova, V. Shcherbakov, D. Kumarov, L. Sabirov, M. Medovik, A. Kadyrbaev, S. Alexandrov, I. Mikoyan, S. Samoilenkov, A. Vavilov // IEEE Transaction on Applied Superconductivity. 2021. No. 5(31). doi: 10.1109/TASC.2021.3066324
10. Enhancement of power system transient stability and power quality using superconducting fault current limiters / M.E. Almeida, C.S. Rocha, J.A. Dente, P.J. Costa Branco // 2009 International Conference on Power Engineering, Energy and Electrical Drives. IEEE, 2009. Pp. 425-430. doi: 10.1109/POWERENG.2009.4915203
11. Didier G., Leveque J., Rezzoug A. A Novel approach to determine the optimal location of SFCL in electric power grid to improve power system stability // IEEE Transactions on Power Systems. 2013. No. 28(2). Pp. 978-984. doi: 10.1109/TPWRS.2012.2224386
12. Alaraifi S., El Moursi M.S., Zeineldin H.H. Optimal allocation of HTS-FCL for power system security and stability Enhancement // IEEE Transactions on Power Systems. 2013. No. 28(4). Pp. 4701-4711. doi: 10.1109/TPWRS.2013.2273539
13. Study on a series resistive SFCL to improve power system transient stability: modeling, simulation, and experimental verification / B.C. Sung, D.K. Park, J.-W. Park, T.K. Ko // IEEE Transactions on Industrial Electronics. 2009. No. 56(7). Pp. 2412-2419. doi: 10.1109/TIE.2009.2018432
14. Research on resistor Type superconducting fault current limiter in power system / Y. Ye, L. Xiao, H. Wang, Z. Zhang // IEEE/PES Transmission & Distribution Conference. IEEE, 2005. Pp. 1-6. doi: 10.1109/TDC.2005.1546929
15. Analysis of reactance-type superconducting fault current limiter to the transient stability of power system with two machine system / A.H. Li, Q.L. Sun, X.H. Liu, Z.L. Yang // IEEE International Conference on Applied Superconductivity and Electromagnetic Devices. IEEE, 2013. Pp. 403-406. doi: 10.1109/ASEMD.2013.6780805
16. Li B., Ou Y.Z. Studies on the effect of SFCL on the transient stability of power system // IEEE International Conference on Applied Superconductivity and Electromagnetic Devices. IEEE, 2015. Pp. 543-544. doi: 10.1109/ASEMD.2015. 7453696
17. Жданов П.С. Вопросы устойчивости электрических систем. М.: Энергия, 1979. 456 с.
Влияние высокотемпературных сверхпроводящих токоограничивающих устройств резистивного типа на устойчивость электроэнергетических систем / Н.В. Александров, Д.Е. Шевцов, Э.Г. Ядагаев, Д.Е. Дашеев // Электротехнические системы и комплексы. 2023. № 4(61). С. 38-45. https://doi.org/10.18503/2311-8318-2023-4(61)-38-45