طراحی بهینه و تحلیل یک محدودکننده جریان خطای الکترومغناطیسی مبتنی بر راکتور متغیر دورانی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکترا، دانشگاه یزد، یزد، ایران

2 دانشیار، دانشگاه یزد، یزد، ایران

چکیده

در این مقاله طراحی بهینه و تحلیل یک محدودکننده جریان خطای الکترومغناطیسی جدید با حرکت دورانی ارائه شده است. از ویژگی‌های این محدودکننده ساختار ساده، هزینه ساخت و نگهداری کم، سرعت عملکرد مطلوب و بازگشت آسان و سریع به شرایط اولیه بعد از رفع خطا است. این محدودکننده از دو سیم‌پیچ هسته هوایی کروی شکل با قابلیت چرخش آزادنه حول محور شعاعی تشکیل شده است. در شرایط عادی به دلیل وجود اندوکتانس متقابل منفی بین دو سیم‌پیچ اندوکتانس کل محدودکننده دارای کمترین مقدار است. با رخ دادن خطا بر اثر نیروهایی که بین دو سیم‌پیچ ایجاد می‌شود این سیم‌پیچ‌ها به صورت خودکار نسبت به هم چرخیده و اندوکتانس کلی محدودکننده به سرعت افزایش می‌یابد و جریان خطا محدود می‌گردد. در این مقاله جهت طراحی بهینه محدودکننده، تاثیر تمامی پارامتر‌های محدودکننده مانند شعاع، ارتفاع، ضخامت، تعداد دور و زاویه اولیه سیم‌پیچ‌ها مورد بررسی قرار گرفته و به منظور دستیابی به بیشترین اندوکتانس نهایی و بیشترین سرعت عملکرد مقدار مناسبی برای آنها تعیین شده است. جهت تحلیل محدودکننده طراحی شده از دو روش المان محدود و روابط تحلیلی استفاده شده است. نتایج حاصل از شبیه‌سازی نشان می‌دهد محدودکننده طراحی شده عملکرد بهتری نسبت به طرح اولیه داشته و از سرعت عملکرد و اندوکتانس نهائی خوبی برخوردار است.

کلیدواژه‌ها


Smiley face

[1]    D. Sharma, K. B. Sahay, “Basic Concepts of Superconducting Fault Current Limiter,” in IEEE International Conference on Power Electronics, Intelligent Control and Energy Systems (ICPEICES), India, July. 2016.
[2]    B. V. Vaishnavi, R. S. A. Suji, D. P. Trivenishree, N. Nidha, G. J. Sowmya, “Superconducting Fault Current Limiter & Its Application,” International Journal of Scientific & Engineering Research, vol. 7, no. 5, May. 2016.
[3]    V. V. Rao, and S. Kar, “Superconducting Fault Current Limiters-A Review,” Indian Journal of Cryogenics, vol. 36, No. 1, pp. 14 25, Jan. 2011.
[4]    M. Young, W. Hassenzahl, “Superconducting Fault Current Limiters: Technology Watch 2009,” Electric Power Research Institute(EPRI), Palo Alto,2009
[5]    L. Ye, and A. Campbell, “Behavior Investigation of Superconducting Fault Current Limiters in Power Systems,” IEEE Transaction on Applied Superconductivity, vol. 16, no. 2, pp. 662-665, 2006.
[6]    S. S. Kalsi, and A. Malozemoff, “HTS Fault Current Limiter Concept,” in IEEE Power Engineering Society General Metting, USA, June 2004.
[7]    H. P. Kraemer, A. Bauer, M. Frank, P. V. Hasselt, P. Kummeth, M. Wohlfart, Ch. Schacherer, T. Arndt, Th. Janetschek, “ASSiST–a Superconducting Fault Current Limiter in a Public Electric Power Grid,” Transactions on Power Delivery, vol. 37, no. 1, pp. 612-618, February 2022.
[8]    W. Song, X. Pei, J. Xi, and X. Zeng, “A novel helical superconducting fault current limiter for electric propulsion aircraft,” Transactions on Transportation Electrification, vol. 7, no. 1, pp.276-286, March 2021.
[9]    C. A. Ordóñez, A. G. Expósito, J. M. M. Ortega, “Series Compensation of Transmission Systems: A Literature Survey,” MDPI Energies Journal, vol. 14, no. 6, March. 2021.
[10] D. Philpott, L. Qi, “Solid-State Fault Current Limiters for Residential Houses and Commercial Buildings,” IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 55, no. 4, pp. 3431-3436, Jul-Aug. 2019.
[11] A. Abramovitz, and K. M. Smedley, “Survey of Solid-State Fault Current Limiters,” IEEE Transaction on Power Electronics, vol. 27, no. 6, pp. 2770-2782, June 2012.
[12] M. M. R. Ahmed, G. A. Putrus, L. Ran, and L. Xiao, “Harmonic analysis and improvement of a new solid-state fault current limiter,” IEEE Transaction on Industry Applications, vol. 40, no. 4, July-August 2004.
[13]         T. Ueda, M. Morita, H. Arita, J. Kida, Y. Kurosawa, T. Yamagiwa, “Solid State Current Limiter for Power Distribution System,” IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 8, no. 4, pp. 1796-1801, October 1993.
[14]        A. M. A. Ibrahim, I. Hamdan, S. F. Al-Ghatani, H. S. Hussein, L. S. Nasrat, and M. A. Ismaeil, “Optimal shunt-resonance fault current limiter for transient stability enhancement of a grid-connected hybrid pv/wind power system,” IEEE Access, vol. 9, pp. 126117 - 126134, September 2021.
[15] R. Wang, Y. Chen, J. Chen, L. Liang, L. Peng, “Plug-in Gate-loop Compensators for Series-connected IGBT Drivers in a Solid-state Fault Current Limiter,” CSEE Journal of Power and Energy Systems, vol. 8, no. 1, January 2022.
[16] Y. Zhong, Y. Xie, Y. Liu, H. Ye, J. Yuan, H. Zhou, and L. Wei, “A Novel Multi-Function Saturated-Core Fault Current Limiter,” IEEE Transactions on Magnetics, vol. 55, no. 6, June 2019.
[17] L. Jiang, JX. Jin, XY. Chen, “Fully Controlled Hybrid Bridge Type Superconducting Fault Current Limiter,” IEEE Transaction on Applied Superconductivity, vol. 24, no. 5, Oct. 2014.
[18] Hoshino T, Muta I, Nakamura T, Salim KM, Yamada M. “Non-inductive variable reactor design and computer simulation of rectifier type superconducting fault current limiter,” IEEE Transaction on Applied Superconductivity, vol.15 no.2, pp. 2063–2066, June. 2005.
[19] S. H. Lim, H. G. Kang, H. S. Choi, S. R. Lee, and B. S. Han, “Current Limiting Characteristics of Flux-Lock Type High-TC Superconducting Fault Current Limiter with Control Circuit for Magnetic Field,” IEEE Transaction on Applied Superconductivity, vol. 13, no. 2, pp. 2056-2059, June 2003.
[20] M. Eladawy, I. A. Metwally, “A novel five-leg design for performance improvement of three-phase presaturated core fault-current limiter,” IEEE Transactions on Magnetics, vol. 54, no. 7, pp. 1-10, July 2018.
[21] H. He, Y. Wu, Z. Yang, P. Zhao, X. Zhu, C. Niu, and M. Rong, “Study of liquid metal fault current limiter for medium-voltage DC power systems,” IEEE Transactions on Components, Packaging and Manufacturing Technology, vol. 8, no. 8, pp.1391–400, Aug. 2018.
[22] A. Pellecchia, D. Klaus, G. Masullo, R. Marabotto, A. Morandi, M. Fabbri, C. Goodhand, and J. Helm, “Development of a saturated core fault current limiter with open magnetic cores and magnesium diboride saturating coils,” IEEE Transactions on Applied Superconductivity, vol. 27, no. 4, pp.1–7. June 2017.
[23] J. Yuan, H. Zhou, Y. Zhong, P. Gan, Y. Gao, K. Muramatsu, Z. Du, and B. Chen, “Performance investigation on DCSFCL considering different magnetic materials,” AIP Advances, vol. 8, no.5, December 2017.
[24] P. A. Commins, J. W. Moscrop, “Analytical nonlinear reluctance model of a single phase saturated core fault current limiter,” IEEE Transactions Power Delivery, vol. 28, no. 1, pp. 450-457, January 2013.
[25] A. Damaki Aliabad, and S. Hajhoseini Zarchi, “Optimal design and analysis of a variable reactor fault current limiter,” IET Electric Power Applications, vol. 11, pp. 1-8, July 2017.
[26] E. S. Ibrahim, “Electromagnetic Fault Current Limiter,” Electric Power System Research, pp. 189-194, 1997.