Transactions on Electrical and Electronic Materials
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제7권2호
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pp.87-89
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2006
We investigated the current limiting characteristics of flux-lock type superconducting fault current limiter(SFCL) according to inductance variation of coil 2. The flux-lock type SFCL consists of two coils. The primary coil is wound in parallel to the secondary coil through an iron core, and the secondary coil is connected to the superconducting element in series. The operation of the flux-lock type SFCL can be divided into the subtractive and the additive polarity winding operations according to the winding directions between the coil 1 and coil 2. The current limiting characteristics in two winding directions were dependent of on the ratio of the number of turns of coil I and coil 2. The fault current increased when the number of turns of coil 2 increased in the subtractive polarity winding. On the contrary, the fault current decreased under the same conditions in case of the additive polarity winding.
A power limiting algorithm is proposed for stable operation of grid-connected inverter in case of grid voltage unbalance considering the operation limit of inverter. During the voltage unbalance the control performance of Inverter. is degraded and the output power contains 120Hz ripple due to the negative sequence of voltage. In this paper, conventional dual sequence current controller is implemented to solve these problems using separated control of positive and negative sequence. Especially the maximum power limit which guarantees the maximum rated current of the inverter is automatically calculated as the instant grid voltage changes. As soon as the voltage recovers the proposed algorithm can return to the normal power control mode accomplishing low voltage ride through. Proposed algorithm is verifed using PSCAD/EMTDC simulations and tested experimentally at 4.4kW wind turbine simulator set-up.
Lee, Sang Yoon;Choi, Jongho;Kim, Dong Min;Sim, Kideok;Cho, Jeonwook;Kim, Seokho
한국초전도ㆍ저온공학회논문지
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제15권3호
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pp.24-28
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2013
Fault current limiting (FCL) cable is a kind of superconducting cable which has a function of limiting the fault current at the fault of power grid. The superconducting cable detours the fault current through its stabilizer to keep the temperature as low as possible. On the other hands, the FCL cable permits the temperature rise within some acceptable limit and the fault current is limited by the consequent increase of the resistance of superconducting cable. This kind of FCL cable is called 'resistive FCL cable' because it uses resistive impedance to limit the fault current. In this paper, we suggest a novel concept of FCL cable, which is named as 'inductive FCL cable'. The inductive FCL cable is similar as the magnetic shielding fault current limiter in its operating mechanism. The magnetic field of superconducting cable is almost perfectly shielded by the induced current at the shielding layer during its normal operation. However, at the fault condition, quench occurs at the shielding layer by the induced current higher than its critical current and the magnetic field is spread out of the shielding layer. It will induce additional inductive impedance to the superconducting cable and the inductive impedance can be increased more by installing some material with high magnetic susceptibility around the superconducting cable. We examined the feasibility of inductive FCL cable with simple elemental experiments. The current limiting performance of inductive FCL cable was estimated considering an arbitrary power grid and its fault condition.
The flux-lock type superconducting fault current limiter(SFCL) can apply the magnetic field into the high-$T_C$ superconducting(HTSC) element by adopting the magnetic field coil in its third winding. To apply the magnetic field into the HTSC element effectively, the capacitor for LC resonance is connected in series with the magnetic field coil. However, the current waveform of third winding for the application of the magnetic field is affected by the LC resonance condition for the frequency of the source voltage and can affect the waveform of the limited fault current. In this paper, the current waveform of the third winding in the flux-lock type SFCL according to LC resonance condition during a fault period was analyzed. From the differential equation for its electrical circuit, the current equation of the third winding was derived and described with the natural frequency and the damping ratio as design parameters. Through the analysis according to the design parameters of the third winding, the waveform of the limited fault current was confirmed to be influenced by the current waveform of the third winding and the design condition for the stable fault current limiting operation of this SFCL was obtained.
Diab, Hatem Yassin;Marei, Mostafa Ibrahim;Tennakoon, Sarath B.
Journal of Power Electronics
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제16권5호
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pp.1743-1751
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2016
The increasing demand for high voltage DC grids resulting from the continuous installation of offshore wind farms in the North Sea has led to the concept of multi-terminal direct current (MTDC) grids, which face some challenges. Power (current) flow control is a challenge that must be addressed to realize a reliable operation of MTDC grids. This paper presents a reduced switch count topology of a current flow controller (CFC) for power flow and current limiting applications in MTDC grids. A simple control system based on hysteresis band current control is proposed for the CFC. The theory of operation and control of the CFC are demonstrated. The key features of the proposed controller, including cable current balancing, cable current limiting, and current nulling, are illustrated. An MTDC grid is simulated using MATLAB/SIMULINK software to evaluate the steady state and dynamic performance of the proposed CFC topology. Furthermore, a low power prototype is built for a CFC to experimentally validate its performance using rapid control prototyping. Simulation and experimental studies indicate the fast dynamic response and precise results of the proposed topology. Furthermore, the proposed controller offers a real solution for power flow challenges in MTDC grids.
We investigated the characteristics of a flux-lock type superconducting fault current limiter(SFCL) considering magnetization characteristic of iron core. The flux-lock type SFCL, like other types of SFCLs using the iron core, undergoes the saturation of the iron core during the initial fault time. Therefore, if the design to prevent the saturation of the iron core is considered, the effective fault current limiting operation can be achieved. Through the analysis for its equivalent circuit including the magnetization characteristic of the iron core, the limiting impedance of the flux-lock type SFCL was drawn. The magnetization currents and the limited currents of SFCL, which were dependent on the winding direction and the turns' ratio between two coils, were investigated from the short circuit experiment. It was confirmed that their experimental results agreed with the analysis ones.
In this paper, a flux-lock type superconducting fault current limiter(SFCL) integrated with a voltage-controlled voltage source inverter(VC-VSI) is proposed. The suggested equipment, which consists of a flux-lock type SFCL and a VCVSI, can perform the fault current limiting operation from the occurrence of a short-circuit. In addition, it can compensate the reactive power that the non-linear load requires and also perform the uninterruptible power supply(UPS) as well as the load voltage stabilization by controlling the amplitude and the phase of the inverter's output voltage. The specification for a test model was determined and its various functions such as the fault current limiting and the power conditioning operations were presented and analyzed via computer simulation. Through the analytical results based on the computer simulation, the validity of the analysis was confirmed and its multi-operation was discussed.
본 논문은 전력설비에 조기적용이 예상되는 초전도한류기의 파라메타를 정의하고 앞으로 개발방향을 제시하기 위하여 한류기의 동작원리, 특성 및 계통조기적용가능성들을 근거로 파라메타의 특성을 비교 ·평가하였다. 또한 한류기의 계통적용효과를 분석하기 위하여 SFCL이 기간 특고압 모델계통에 도입한 경우를 상정하여 3선지락 고장에서 저항형과 유도형 SFCL의 도입 효과에 대하여 RTDS (Real Time Digital Simulation)/EMTDC(Electromagnetic Transient DC)로 시뮬레이션하였다. 특히 저항형과 유도형의 한류효과의 비교 평가, 모선전압의 저하 억제 및 계통과 한류기의 파라메타와의 관련성에 대하여 검토하였다.
To reduce the fault current below the current capacity of a circuit breaker, researches on HTS (High Temperature Superconductor) power cables with fault current limiting (FCL) function are increasing. An FCL HTS power cable transports current with low a impedance during normal operation. Yet, it limits the fault current by an increased inductive or resistive impedance of conducting layer when quench occurs at the FCL HTS power cable by the large fault current. An inductive type FCL HTS power cable uses increased inductive impendence caused by leakage magnetic flux outside the cable core when the quench occurs at a shield layer losing the magnetic shielding effect. Therefore, it has an advantage of less resistive heating than resistive type FCL HTS power cable and temperature increase is suppressed. This paper describes an ideal circuit model for the FCL HTS power cable to investigate the effectiveness of increased inductive impedance when quench occurs at the shield layer. Then, FEM analysis is presented with a simplified model cable composed of various iron yokes to investigate the effect of the shape of yoke on the generation of the inductive impedance.
Since the discovery of the high-temperature superconductors, many researches have been performed for the practical applications of superconductivity technologies in various fields. As results, significant progress has been achieved. Especially, Superconducting Fault Current Limiter (SFCL) offers an attractive means to limit fault current in power systems. The SFCLS, in contrast to current limiting reactors or high impedance transformers, are capable of limiting short circuit currents without adding considerable voltage drop and energy loss to power systems during normal operation. Under fault conditions, a resistance is automatically inserted into the power grid to limit the peak short-circuit current by transition from the superconducting state to the normal state, the quench. The advantages, like fail safe operation and quick recovery, make SFCL very attractive, especially for rapidly growing power systems with higher short-circuit capacities. In order to verify the effectiveness of the SFCL, in this paper, the analysis of fault current and voltage stability assessment in a sample distribution system and a transmission system are performed by the PSCAD/EMTDC based simulation method. Through the simulation, the advantage of SFCL application is shown, and the effective parameters of the SFCL are also recommended for both distribution and transmission systems. A resistive type component of SFCL is adopted in the analysis. The simulation results demonstrate not only the effectiveness of the proposed simulation scheme but also SFCL parameter assessment technique.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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