Details

В работе исследована возможность использования позисторного эффекта в качестве ограничителя тока в сетях большой мощности. Для анализа возможности и эффективности ограничения тока короткого замыкания с помощью токоограничивающего устройства на основе позисторного элемента была сделана модель мощной энергосистемы на основе одного блока Березовской ГРЭС на основе генератора ТВВ-800. В ходе анализа существующих методов токоограничения установлено, что ни один из них не обеспечивает одновременного выполнения требований по быстродействию и минимальному влиянию на нормальный режим работы энергосистемы. В результате моделирования пяти аварийных режимов определены максимальный ударный ток (313 кА) и максимальная задержка нуля тока (100 мс), характеризующие наиболее тяжёлые условия коммутации. Предложена оригинальная электрическая схема позисторного ТОУ на основе IGBT-коммутатора и быстродействующих выключателей, для которой разработаны технические требования к ключевым элементам применительно к генераторам мощностью от 220 до 1200 МВт. При моделировании работы ТОУ в составе полноразмерной энергосистемы ударный ток КЗ снижен с 228 кА приблизительно до 103 кА (~55%), а апериодическая составляющая тока подавляется, что устраняет длительные задержки нуля тока. Также были произведены физические опыты для оценки возможности масштабирования мощности данного позисторного элемента. Результаты опытов подтвердили возможность увеличения мощности позисторного ТОУ за счет последовательно-параллельного соединения маломощных компонентов. По результатам моделирования в среде MATLAB/Simulink подтверждена эффективность токоограничения на основе позисторного эффекта: при напряжении 300 В амплитуда тока короткого замыкания снижена с 856 А до 137,2 А (в 6,23 раза), а  применение добавочного сопротивления 4 Ом позволило дополнительно снизить тепловую нагрузку на позистор. Достоверность модели подтверждена экспериментально — расхождение результатов моделирования и опытных данных не превысило 22 %.

Analysis of existing current-limiting methods revealed that none of them simultaneously meets the requirements for fast response and minimal impact on normal system operation. Simulation of five fault modes identified the maximum peak short-circuit current (313 kA) and the maximum zero-current delay (100 ms), characterising the most severe switching conditions. An original posistor-based current-limiting device circuit incorporating an IGBT commutator and fast circuit breakers was proposed, and technical requirements for its key components were developed for generators rated from 220 to 1200 MW. When the current-limiting device was integrated into the full-scale power system model, the peak short-circuit current was reduced from 228 kA to approximately 103 kA (~55%), and the aperiodic current component was suppressed, eliminating prolonged zero-current delays. Physical experiments were also conducted to evaluate the scalability of the posistor element. The experimental results confirmed the feasibility of increasing the power capacity of the posistor current-limiting device through series-parallel connection of low-power components. The simulation results obtained in MATLAB/Simulink confirm the effectiveness of current limitation based on the posistor effect: at a supply voltage of 300 V, the short-circuit current amplitude was reduced from 856 A to 137.2 A (by a factor of 6.23), and the introduction of an additional resistance of 4 Ohms further reduced the thermal load on the posistor element. The validity of the model was verified experimentally — the deviation between simulation and experimental results did not exceed 22 %.