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.
Gusheh, Ahmad Ghafari;Soreshjani, Mohsen Hosseinzadeh;Rahat, Omid
Journal of Electrical Engineering and Technology
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v.11
no.3
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pp.543-550
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2016
The Active Superconducting Current Controller (ASCC) is a new type of Superconducting Fault Current Limiters (SFCL) which can limit the fault current in different modes. It also has the particular abilities of compensating active and reactive powers for electrical networks. In this paper, it is confirmed that the performance of ASCC in different operating modes introduces a limiting impedance in series with the network which can even degrade the transient stability and the operation of the Over-Current Relays (OCR) employed in a power system. In addition, the model of a three-phase ASCC is simulated, and the effect of descriptive modes on the current limiting level is investigated. For the transient stability analysis, a single machine-infinite bus system is tested, and the effect of operation modes is studied based on an equal area criterion obtaining the critical time and the critical angle. Modifying the setting parameters of OCR such as time dial and pick-up current, the protective coordination is also studied in different operating modes.
Diab, Hatem Yassin;Marei, Mostafa Ibrahim;Tennakoon, Sarath B.
Journal of Power Electronics
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v.16
no.5
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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.
Kim, Yong-Jin;Han, Byoung-Sung;Du, Ho-Ik;Park, Chung-Ryul;Du, Seung-Gyu;Kim, Min-Ju;Ha, Seung-Ryong
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2008.06a
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pp.288-288
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2008
The flux-coupling type superconducting fault current limiter(SFCL) is composed of a series transformer and superconducting unit of the YBCO thin films. The primary and secondary coils in the transformer were wound in series each other through an iron core and the YBCO thin film was connected with secondary coil in parallel. In a normal condition, the flux generated from a primary coil is cancelled out by its structure and the zero resistance of the YBCO thin films. When a fault occurs, the resistance of the YBCO thin films was generated and the fault current was limited by the SFCL. In this paper, we investigated the fault current limiting characteristics according to fault current level in the flux-coupling type SFCL. The experiment results that the fault current limiting characteristics was improved according to increase of the fault current level.
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2006.06a
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pp.255-256
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2006
In this paper, we investigated the. characteristics of fault current limiting according to fault angle in the integrated three-phase flux-lock type SFCL in fault types such as the single-line-to-ground fault, the double-line-to-ground fault and the three-line-to-ground fault. When the SFCL is operating under normal condition, the magnetic flux generated between primary and secondary coils of each single phase is canceled out perfectly, so that the impedance of the SFCL is also not generated and the power system can be operated normally without any loss, However, if a fault occurs even in any phase out of three phases, quench happened in SFCL elements and the current flowing secondary coil is restricted abruptly. Finally, the balance of magnetic flux in whole SFCL system is destroyed, and the fault currents in every phase could be limited at the same time irrespective of the fault types. As a result, the developed SFCL in this study were operated normally as expected and the purpose of the integration of 3 phase current limiting was also achieved successfully. However, the fault current limiting characteristics of the SFCL was dependant on the quench characteristics of HTSC elements in each phase, and it was expected that the improvement of the SFCL could be possible through the introduction of HTSC elements which have better critical characteristics.
Transactions on Electrical and Electronic Materials
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v.9
no.6
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pp.255-259
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2008
The magnetic field application effect on resistance of a high-$T_c$ superconducting (HTSC) element comprising a flux-lock type superconducting fault current limiter (SFCL) was investigated. The YBCO thin film, which was etched into a meander line using a lithography, was used as a current limiting element of the flux-lock type SFCL. To increase the magnetic field applied into HTSC element, the capacitor was connected in series with a solenoid-type magnetic field coil installed in the third winding of the flux-lock type SFCL. There was no magnetic field application effect on the resistance of HTSC element despite the application of larger magnetic field into the HTSC element when a fault happened. The resistance of HTSC element, on the contrary, started to decrease at the point of four periods from a fault instant although the amplitude of the applied magnetic field increased.
For proper application of the superconducting fault current limiter(SFCL), the prior investigation of fundamental characteristics and its effects to the distribution systems are needed. The Current limiting behavior of SFCL is dominated by quenching and recovery characteristics. So, we have developed an EMTP/ATPDraw model of resistive type SCFL using MODELS language. The operating characteristics and current limiting behaviors of SFCL in distribution systems have been simulated and investigated.
Proceedings of the Korean Institute of IIIuminating and Electrical Installation Engineers Conference
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2007.05a
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pp.197-199
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2007
To apply the flux-lock type SFCL into power system, its current and voltage ratings are required to increase. Especially, in case of series connection of SFCLs, the countermeasure for simultaneous quenches must be considered. The structure, which each flux-lock type SFCL unit was wound in series on the same iron core, can induce the simultaneous quench of superconducting elements. Through the fault current limiting experiment for the suggested structure, it was confirmed that the even voltage burden among the superconducting elements comprising SFCLs could be made.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.23
no.2
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pp.159-167
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1999
This paper presents a new transient voltage blocking device(TOBD)which low power and high frequency bandwidth to protect info-communication facilities from transient voltages. Conventional protection devices have some problems such as low frequency bandwidth low ener-gy capacity and high remnant voltage. in order to improve these limitations a hybrid type TOBD which consists of a gas tube avalanche diodes and junction type field effect transistor (JFETs) is developed. The TOBD differs from the conventional protection devices in configuration and JFETs are used as an active non-linear element and a high speed switching diode with low capacitance limited high current. Therefore the avalanche diode with low energy capacity are protected from the high current and the TOBD has a very small input capacitance. From the performance test using combination surge generator which can produce $1.2/50{\mu}m$ 4.2 kV/max, $8/20{\mu}m$ 2.1 kAmax it is confirmed that the proposed TOBD has an excellent protection per-formance in tight clamping voltage and limiting current characteristics.
In this paper, we analyzed the current limiting characteristics according to increase of source voltage in the flux-lock type high-Tc superconducting fault current limiter (SFCL). The flux-lock type SFCL consisted of two coils, which were wound in parallel each other through an iron core, and high-Tc superconducting (HTSC) element connected with coil 2 in series. The flux-lock type SFCL has the characteristics better in comparison with the resistive type SFCL because the fault current in the flux-lock type SFCL can be divided into two coils by the inductance ratio of coil 1 and coil 2. The fault current limiting operation of the flux-lock type SFCL can be different due to winding direction of the two coils. The winding method where the decrease of linkage flux between two coils in the accident happens is called the subtractive polarity winding and the winding method in case of the increase of linkage flux is called the additive polarity winding. The fault current limiting experiments according to the source voltage were performed for these two winding methods. Through the comparison and the analysis of the experimental data, we confirmed that the quench time was shorter, irrespective of the winding direction as the source voltage increased and that the fault current and the HTSC's resistance increased as the amplitude of the source voltage increased. The additive polarity winding made the fast quench time and the lower resistance of HTSC element in comparison with the subtractive polarity winding. The fault current of the subtractive polarity winding was larger than that of the additive polarity winding. In conclusion, we found that the additive polarity winding reduced the burden of SFCL because the quench time was shorter and the fault current was smaller than those of the subtractive polarity winding.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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