SF6 サーキットブレーカーを使用した、さまざまな風力発電所トポロジにおける過渡過電圧抑制対策の有効性の評価

Scientific Reports volume 13、記事番号: 13655 (2023) この記事を引用

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風力発電所におけるスイッチング過電圧の抑制に関する文献では、さまざまな過電圧緩和スキームが使用されています。 ただし、これらの緩和技術の有効性が風力発電所のトポロジーの変化に応じてどのように変化するかについての評価は、まだ未踏の領域です。 このペーパーの主な目的は、SF6 サーキット ブレーカーを使用する際の 4 つの緩和スキームの有効性を研究することです。 R-L スマート チョーク、R-C スナバ回路、サージ コンデンサ、プリ挿入抵抗 (PIR) が 4 つの異なる風力発電所トポロジで研究されました。 ラジアル、片面リング、両面リング、スター トポロジ。 トポロジは、エジプトのザーフラナにある実際の風力発電所に基づいています。 結果は、R-L チョークがすべてのトポロジーで最も効果的な方式であることを示し、次にそれぞれ PIR、R-C スナバ、サージ コンデンサ方式が続きます。 過電圧の低減率は、R-L チョークの場合は 62 ～ 84%、PIR の場合は 33 ～ 67%、R-C スナバ回路の場合は 8 ～ 25%、サージ コンデンサの場合は 4 ～ 15% でした。 また、風力発電所のトポロジの変更は緩和スキームの有効性の順序に影響を及ぼさず、すべてのトポロジにおいて R ～ L が最も効果的であり、サージ コンデンサが最も効果的でないことが示されました。

埋蔵化石燃料の供給減少に加え、電力需要の増大によるエネルギー市場の巨大化から生じる二重の問題により、再生可能エネルギー源への依存が急速に進んでいます。 世界中で利用されている主なエネルギー源の 1 つは風力エネルギーであり、風力発電所の性能と保護に関する過剰な調査が行われています。 しかし、風力発電所の構造は従来の発電所とは異なり、膨大な数の変圧器、長距離に伸びる地中ケーブル、頻繁な開閉操作を必要とする制御アルゴリズムを採用しています1。 一般に、風力発電所は、風力塔、タービン、地中ケーブル、変圧器、保護装置など、いくつかの電気的および機械的要素で構成されています。 これらの要素間の接続は、広く知られている 4 つの主なトポロジーを使用したさまざまなトポロジーで構築できます。 トポロジには、ラジアル トポロジ、片面リング (SSR) トポロジ、両面リング (DSR) トポロジ、およびスター トポロジ 2 があります。

頻繁なスイッチングにより一時的な過電圧が誘発され、その破壊的な影響は、共振 RLC 回路 3 を形成する電源トランスと MV ケーブルの存在によって増幅されます。 この破壊的な影響により、風力発電所の断熱不良が発生しています4。 これらの故障による結果的な損失により、研究者は風力発電所における過渡過電圧の影響を調査するようになりました5、6、7。 風力発電所における過電圧の影響と、過電圧を軽減するために採用された抑制手段の研究に関する文献の要点を表 1 にまとめます。調査の主な焦点は、過去 5 年間の最近の論文にありました。 このような理由から、この表は 2019 年から 2023 年までのほとんどの論文をスキャンしており、最近 5 年間の合計 18 件の出版物とそれ以前の 3 件の出版物が含まれています。

この表は、風力発電所内の過渡解析に関して文献で研究されているさまざまなトピックを示しています。 しかし、風力発電所のトポロジーに関して最適な抑制技術を選択することの影響はこれまで調査されていませんでした。 スイッチング過電圧 (SOV) の重大度は主に風力発電所のトポロジーに依存するため、このようなトピックは非常に重要です 3,19,20。 したがって、この論文が取り組む主な問題は、風力発電所のトポロジーごとに最適な抑制手段を調査することです。 したがって、この論文の貢献は次のとおりです。

さまざまな風力発電所トポロジ (ラジアル、DSR、SSR、スター) が過渡 SOV に及ぼす影響を調査および調査します。 このような比較は文献でほとんど取り上げられておらず、参考文献 3 がこの点のみを取り上げている程度の出版物がほとんどありません。