Yüksek Gerilim Devre Kesici ile Çalıştırılan Frenleme Dirençleri Kullanarak Gigavat Ölçekli Veri Merkezleri için Şebeke Dayanıklılığının Artırılması

Özet

Hiperölçekli ve ortak konumlu veri merkezleri büyüdükçe şebeke, 500 MW ile 2 GW arasında tesis boyutlarıyla büyük, gerilime duyarlı BT yükleri görüyor. Bu yüklerin şebeke gerilimi sapması sırasında yerinde UPS'e geçerek aniden kaybedilmesi, üretim ve yük dengesizliğinden şebeke frekans artışına ve şebekede güç akışı azaldığı için gerilim artışına yol açıyor. Temmuz 2024 olayında bir 230 kV hatta otomatik yeniden kapamadan altı gerilim çöküşünden sonra yaklaşık 1.500 MW gerilime duyarlı talep bağlantıdan koptu; kapasitörler devreden çıkarılmadan önce frekans 60,047 Hz'e, gerilim 1,07 pu'ya çıktı.

Önerilen çözüm, veri merkezi iletim trafo merkezindeki yüksek gerilim devre kesicileriyle anahtarlanan frenleme dirençlerinin kaybedilen yükü geçici olarak soğurarak dengesizliği zamana yaymasıdır. 345 kV şebekede gigavat ölçekli veri merkezi kümeli bir test yatağında, farklı senkron/evirici tabanlı üretim karışımları için yapılan simülasyonlar, kısa direnç devreye girmesinin governor tepkisi ve kapasitör anahtarlaması çalışırken frekans değişim hızını sınırladığını gösteriyor. 0,25-0,85 saniye direnç devreye girmesi frekans değişim hızını yeterince azaltıp birincil governor tepkisi ve kapasitör anahtarlamasına zaman tanıdı.

Örnek senaryo: 1:1 BT/BT dışı bölünmeli beş adet 200 MW veri merkezi, ANSI 27/59 röleleri BT yüklerini UPS'e aktardığında trafo merkezinde en fazla 500 MW yük düşüşü verir. 500 MW BT yükü kaybı için test edilen en büyük tek kademeli frenleme direnci 250 MW (BT yükünün yarısı); evirici zengin durumda 370 MW'lık çok kademeli bank (130, 130 ve 110 MW) en büyük adım değişimini 250 MW'tan 130 MW'a düşürdü. Önceki örnek olarak Bonneville Power Administration'ın Chief Joseph trafo merkezindeki 1400 MW frenleme direnci alıntılanıyor.

Sonuç: evirici zengin sistemlerde çok kademeli frenleme dirençleri tek kademeliden daha etkili. Sınırlar: kavramsal bir uygulama; yazarlar ısıl yeterlilik, çevrimleme, şebeke izleyen modda çalışan evirici bölgelerinde stres testi ve diğer konuları gelecek çalışma olarak listeliyor. Ön baskı.

Öne çıkan noktalar

1. Veri merkezi tesis boyutlarının 500 MW ile 2 GW arasında değiştiği alıntılanıyor.
2. 0,25-0,85 saniye direnç devreye girmesi frekans değişim hızını yeterince azalttı ve birincil governor tepkisi ile kapasitör anahtarlamasına zaman verdi.
3. Temmuz 2024 olayında bir 230 kV hatta otomatik yeniden kapamadan altı gerilim çöküşünden sonra yaklaşık 1.500 MW gerilime duyarlı talep koptu; frekans 60,047 Hz'e, gerilim 1,07 pu'ya çıktı.
4. Örnek senaryo: 1:1 BT/BT dışı bölünmeli beş adet 200 MW veri merkezi, ANSI 27/59 röleleri BT yüklerini UPS'e aktardığında trafo merkezinde en fazla 500 MW yük düşüşü verir.
5. 500 MW BT yükü kaybı için test edilen en büyük tek kademeli frenleme direnci 250 MW; evirici zengin durumda 370 MW'lık çok kademeli bank (130, 130, 110 MW) en büyük adım değişimini 250'den 130 MW'a düşürdü.
6. Alıntılanan emsal: Bonneville Power Administration'ın Chief Joseph trafo merkezindeki 1400 MW frenleme direnci.

Tasarımda kullanımı

• Gigavat ölçekli veri merkezi bağlantı çalışmasında gerilim çukuru sırasında BT yükünün UPS'e geçmesinden doğan yük kaybı senaryosunu (örn. 5 × 200 MW ve 1:1 bölünmeyle 500 MW) şebeke frekans ve gerilim analizine ekleyin.
• Evirici zengin şebekelerde çok kademeli frenleme direnci banklarını (130/130/110 MW gibi) tek kademeliye göre değerlendirin; direnç devreye girme süresi 0,25-0,85 s aralığındaydı.
• ANSI 27/59 röle ayarlarının UPS geçiş eşiklerini bağlantı noktasında şebeke dayanıklılığı ile koordine edin.

Kimler okumalı

Gigavat ölçekli veri merkezi bağlantısı ve şebeke dayanıklılığı planlayan şebeke mühendisleri ve veri merkezi tasarımcıları.

Belgenin bölümleri

1. I. Giriş (A. Araştırma motivasyonu, B. Makale katkısı)
2. II. Gerilime duyarlı olmayan yük kesinti geçişi
3. III. Test yatağı sistem açıklaması
4. IV. Simülasyon sonuçları ve tartışma (A. Tek kademeli frenlemeli tek makineli sistem, B. Tek kademeli frenlemeli çok makineli sistem, C. Çok kademeli frenlemeli IBR zengin sistem, D. Özdeğer yörüngeleriyle sistem kararlılığı değerlendirmesi, E. Şebeke kaynaklı motor durma riski)
5. V. Sonuç ve gelecek çalışmalar

Belgeyi okuyun

Yayın bilgileri

Yazarlar

Soham Ghosh; Mohammad Ashraf Hossain Sadi

Yayıncı

arXiv preprint (Black & Veatch / University of Central Missouri)

Yıl

2025

Belge numarası

arXiv:2512.21295

Belge dili

İngilizce

Kaynak türü

Bilimsel yayın

Erişim

Açık lisans — indirilebilir

DOI

10.48550/arXiv.2512.21295

Lisans

CC BY 4.0 — atıf vererek paylaşabilirsiniz

Lisans kanıtı

arxiv.org

Künye