Damping of electromagnetic transients in a superconducting VSC transmission system

Doukas, Dimitrios I.; Blatsi, Zoe; Milioudis, A. N.; Labridis, Dimitris P.; Harnefors, Lennart; Velotto, G.

doi:10.1109/ptc.2015.7232404

Cited by 9 publications

(4 citation statements)

References 13 publications

Supporting

Mentioning

Contrasting

Order By: Relevance

“…For instance, such resistive damping has a significant impact on the settling time of these switching transients [11]. An example of the impact of electromagnetic transients on a superconducting multi-terminal systems is investigated by the authors of [12]. The authors demonstrate that a change in load conditions at a single terminal results in transient oscillations between adjacent power-electronics modules.…”

Section: B Stabilitymentioning

confidence: 99%

“…The authors demonstrate that a change in load conditions at a single terminal results in transient oscillations between adjacent power-electronics modules. These oscillations may remain on the system for significant periods of time due to the lack of electrical resistance and may ultimately be detrimental to power quality [12]. In order to reduce the impact of switching transients within superconducting networks there are a number of methods presented in the literature that can be used for both AC and DC systems.…”

Section: B Stabilitymentioning

confidence: 99%

See 1 more Smart Citation

Understanding the impact of failure modes of cables for the design of turbo-electric distributed propulsion electrical power systems

Nolan

Jones

Norman

et al. 2016

2016 International Conference on Electrical Systems for Aircraft, Railway, Ship Propulsion and Road Vehicles &Amp; Internationa

View full text Add to dashboard Cite

The turbo-electric distributed propulsion (TeDP) concept has been proposed to enable future aircraft to meet ambitious, environmental targets as demand for air travel increases. In order to maximize the benefits of TeDP, the use of high temperature superconductors (HTS) has been proposed. Despite being an enabling technology for many future concepts, the use of superconductors in electrical power systems is still in the early stages of development. Hence their impact on system performance, in particular system transients, such as electrical faults or load changes, is poorly understood. Such an understanding is critical for the development of an appropriate electrical protection system for TeDP. Therefore, in order to enable appropriate protection strategies to be developed for TeDP electrical networks an understanding of how electrical faults will propagate in superconducting materials is required. An understanding of how technologies that utilize these materials may experience failure modes in ways that are uncharacteristic of their conventional counterparts is also needed. This paper presents a dynamic electrical-thermal model of a superconducting cable, at an appropriate level of fidelity for electrical power system studies, which enables the investigation of failure modes of cables. This includes the impact of designing fault tolerant cables on the electrical power system as a whole to be considered.

show abstract

Section: B Stabilitymentioning

confidence: 99%

Section: B Stabilitymentioning

confidence: 99%

Understanding the impact of failure modes of cables for the design of turbo-electric distributed propulsion electrical power systems

Nolan

Jones

Norman

et al. 2016

2016 International Conference on Electrical Systems for Aircraft, Railway, Ship Propulsion and Road Vehicles &Amp; Internationa

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

“…Over the last two decades, several projects using HTS cables were tested and operated for the full application of HTS cables in the power grid [3]- [5]. The bulk application of the HTS in the power grid is limited by the factors such as the reliability of the cooling system, the cost of the HTS and overall complexity [6]. Prior to the installation of long-distance cable experiments or lab prototypes, modelling and simulation work is required to predict cable behaviour.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Modelling of a High-Temperature Superconductor HVDC Cable Under Transient Conditions

Chaganti

Yuan

Zhang

et al. 2023

IEEE Trans. Appl. Supercond.

View full text Add to dashboard Cite

The carbon neutrality goal of achieving net-zero by 2050 has sparked significant interest in offshore wind farms. With the offshore wind farms installed > 100 km away from the seashore, underground power transmission infrastructure is a necessity. Considering the power cable length and low net effective losses, a high-voltage direct-current (HVDC) system is chosen for this study. Also being lossless in DC operation, the HVDC cables are considered to be made out of high-temperature superconductor (HTS) material. But, unlike copper/aluminium, HTS material has a sharp transient behaviour as a function of the operating current, temperature and field. Thus, under transient conditions, as the fault current ramps up, this can lead to an increase in the HTS operating temperature, causing either degradation or permanent damage to the HVDC cable. In this paper, an HTS HVDC cable model has been developed in MATLAB/Simscape coupling both electrical and thermal models. For this study, a 100 km long coaxial 100 kV/1 GW DC HTS power cable is considered and modelled both as a lumped element and distributed element model with 100 elements to compare and evaluate the cable parameters along the length. The parameters include temperature distribution, resistance, critical current, and losses at different spots throughout the length of the cable. To simulate the transient condition, a lineto-ground (LG) fault is considered and the current distribution between the copper former and HTS tapes is studied. Using this cable model, the maximum temperature of the HTS and coolant both in the superconducting state and transient state are evaluated and presented. In comparison to the distributed model, the lumped model displayed different thermal and electrical values.

show abstract

“…As a next step, adoption of superconducting cables within dc transmission systems is suggested as a way for the elimination of transmission losses. Technical barriers, such as the need for a high-reliability cooling system and the low damping due to the non-existence of a series resistance among with the increased cost of such equipment contributed to the non-extended use of them [81]. Superconducting dc transmission is a technology that emerged over the last decades and although is not extensively adopted yet, could definitely transform the transmission grid landscape in near future.…”

Section: Visionsmentioning

confidence: 99%

Control of superconducting dc transmission systems and solution of coupled electrothermal superconducting cable model

Δούκας¹

View full text Add to dashboard Cite

Ο βασικός σκοπός αυτής της διατριβής είναι η διενέργεια μελετών σχετικά με υπεραγώγιμα συστήματα μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας συνεχούς ρεύματος. Το πρώτο κομμάτι της έρευνας εστιάζει στη μοντελοποίηση και το σχεδιασμό του ελέγχου για υπεραγώγιμες διασυνδέσεις συνεχούς ρεύματος μεταξύ δύο στιβαρών ή ασθενών συστημάτων. Επιπλέον, μελετώνται εναλλακτικά σενάρια ενσωμάτωσης υπεραγώγιμων διασυνδέσεων συνεχούς ρεύματος εντός συμβατικών δικτύων συνεχούς ή εναλλασσόμενου ρεύματος. Μέσω μιας μελέτης εφαρμοσιμότητας, δίνεται έμφαση στην ιδανική διαστασιολόγηση των στοιχείων του συστήματος, στη συνεισφορά του καλωδίου στη μείωση των απωλειών όπως επίσης και σε στοχευμένες βελτιώσεις στο επίπεδο του ελέγχου που θα προσδώσουν πρόσθετη απόσβεση. Η ανάλυση δοκιμάζεται τόσο σε στάσιμη κατάσταση όσο και για την εξέταση μεταβατικών φαινομένων για να αποδείξει ότι με την κατάλληλη μοντελοποίηση του καλωδίου όσο και με στοχευμένες βελτιώσεις στο επίπεδο του ελέγχου, η υπεραγώγιμη μεταφορά συνεχούς ρεύματος μπορεί να αποτελεί ρεαλιστικό σενάριο στο εγγύς μέλλον. Το δεύτερο μέρος της διατριβής ασχολείται με την ενδελεχή ανάλυση και επίλυση του θερμικού και ηλεκτροθερμικού μοντέλου ενός υπεραγώγιμου καλωδίου συνεχούς ρεύματος. Αναφορικά με τη θερμική μοντελοποίηση, γίνεται χρήση της μεθόδου στοιχειωδών όγκων με σκοπό την επίλυση των εξισώσεων μεταφοράς θερμότητας σε ένα δισδιάστατο αμφισυμμετρικό μοντέλο καλωδίου και την εξαγωγή της κατανομής θερμοκρασίας και πίεσης ως προς μήκος και χρόνο. Για τη μοντελοποίηση του ηλεκτρικού κομματιού, εισάγονται δύο προσεγγίσεις, για τη μελέτη είτε της στάσιμης είτε της μεταβατικής κατάστασης. Για την πρώτη, θεωρείται κατάτμηση του καλωδίου σε εν σειρά συνδεδεμένα Π-ισοδύναμα κυκλώματα ενώ για τη δεύτερη γίνεται χρήση της μεθόδου πεπερασμένων διαφορών στο πεδίο του χρόνου με σκοπό τον υπολογισμό ρευμάτων και τάσεων ως προς χρόνο και χώρο επίσης. Η ηλεκτροθερμική σύζευξη και στις δύο περιπτώσεις είναι αμφισήμαντη καθώς το ρεύμα μεταφράζεται σε παραγωγή θερμότητας ενώ η μεταβολή της θερμοκρασίας οδηγεί σε μεταβολή της αντίστασης των υλικών. Τέλος, τα μοντέλα που αναπτύχθηκαν είναι γενικευμένα, ακριβή και συνδυασμένα με αποδοτικούς αριθμητικούς επιλυτές με σκοπό τη συστηματική διερεύνηση της θερμικής και ηλεκτροθερμικής συμπεριφοράς, τόσο υπό στάσιμη όσο και υπό μεταβατική κατάσταση, οποιουδήποτε υπεραγώγιμου καλωδίου. Οι προτεινόμενες μεθοδολογίες αποτελούν χρήσιμα εργαλεία για την ανάδειξη ενός πλαισίου ασφαλούς λειτουργίας εντός του οποίου ο υπεραγώγιμος εξοπλισμός είναι διασφαλισμένος.

show abstract

Damping of electromagnetic transients in a superconducting VSC transmission system

Cited by 9 publications

References 13 publications

Understanding the impact of failure modes of cables for the design of turbo-electric distributed propulsion electrical power systems

Understanding the impact of failure modes of cables for the design of turbo-electric distributed propulsion electrical power systems

Modelling of a High-Temperature Superconductor HVDC Cable Under Transient Conditions

Control of superconducting dc transmission systems and solution of coupled electrothermal superconducting cable model

Contact Info

Product

Resources

About