रिएक्टिव पावर कंपनसेशन तकनीक क्या है, इसकी ऑप्टीमाइज़ेशन रणनीतियाँ और महत्व?

1 रिएक्टिव पावर कंपेंशन तकनीक का सारांश
1.1 रिएक्टिव पावर कंपेंशन तकनीक की भूमिका

रिएक्टिव पावर कंपेंशन तकनीक विद्युत प्रणालियों और विद्युत ग्रिड में व्यापक रूप से प्रयोग की जाने वाली तकनीकों में से एक है। इसका मुख्य उद्देश्य पावर फैक्टर को सुधारना, लाइन लॉस को कम करना, पावर की गुणवत्ता को बढ़ाना, और ग्रिड की प्रसारण क्षमता और स्थिरता को बढ़ाना होता है। यह सुनिश्चित करता है कि पावर उपकरण अधिक स्थिर और विश्वसनीय वातावरण में संचालित होते हैं, साथ ही ग्रिड की सक्रिय पावर को प्रसारित करने की क्षमता भी बढ़ जाती है।

1.2 रिएक्टिव पावर कंपेंशन तकनीक की सीमाएं

हालांकि व्यापक रूप से लागू की जाती है, रिएक्टिव पावर कंपेंशन तकनीक सभी अनुप्रयोग स्थितियों के लिए उपयुक्त नहीं होती है। उदाहरण के लिए, अक्सर बदलते लोडों वाले प्रणालियों में, कंपेंशन उपकरणों की स्विचिंग गति तेज़ लोड परिवर्तनों के साथ नहीं रह सकती है। इसके परिणामस्वरूप, ग्रिड में अस्थिर वोल्टेज उतार-चढ़ाव हो सकते हैं।

कुछ मामलों में, रिएक्टिव पावर कंपेंशन उपकरण हार्मोनिक धाराओं और हार्मोनिक वोल्टेज उत्पन्न कर सकते हैं, जो पूरे पावर सिस्टम और जुड़े हुए उपकरणों पर नकारात्मक प्रभाव डाल सकते हैं। इसलिए, कंपेंशन योजनाओं के डिज़ाइन और लागू करने के दौरान हार्मोनिक समस्याओं को पूरी तरह से ध्यान में रखा जाना चाहिए, और उपयुक्त दबाव उपाय अपनाए जाने चाहिए।

2 रिएक्टिव पावर कंपेंशन के लिए ऑप्टिमाइजेशन रणनीतियाँ

इस पेपर में प्रस्तावित पावर कैपेसिटर आधारित रिएक्टिव पावर कंपेंशन तकनीक एक पूर्ण कंपेंशन सिस्टम के भीतर लागू की जाती है। सिस्टम मुख्य रूप से तीन घटकों से बना होता है: S751e-JP मुख्य कंट्रोलर, S751e-VAR कंट्रोल बोर्ड (कैपेसिटर स्विचिंग एक्जेक्यूशन यूनिट), और पावर कैपेसिटर बैंक। इनमें से, S751e-JP मुख्य कंट्रोलर और S751e-VAR कंट्रोल बोर्ड मास्टर-स्लेव संबंध में काम करते हैं।

सामान्य संचालन के दौरान, S751e-VAR कंट्रोल बोर्ड S751e-JP मुख्य कंट्रोलर से निर्देश प्राप्त करता है और इसके अनुसार आंतरिक कंपोजिट स्विचों को नियंत्रित करता है ताकि पूर्व-समूहीकृत पावर कैपेसिटर्स को स्विच किया जा सके। S751e-JP मुख्य कंट्रोलर पावर सिस्टम से वास्तविक समय के संचालन डेटा को एकत्रित और विश्लेषण करने के लिए जिम्मेदार होता है। इसके अंतर्निहित सॉफ्टवेयर और एल्गोरिदम का उपयोग करके, यह आवश्यक रिएक्टिव पावर कंपेंशन की गणना करता है, फिर इस जानकारी को S751e-VAR कंट्रोल बोर्ड के साथ संगत सिग्नलों में परिवर्तित करता है। निर्देश प्राप्त करने पर, कंट्रोल बोर्ड पूर्व-सेट लॉजिक के अनुसार स्विचिंग ऑपरेशन को निष्पादित करता है, जिससे पावर सिस्टम के लिए शुद्ध रिएक्टिव पावर कंपेंशन संभव होता है।

2.1 रिएक्टिव पावर कंपेंशन उपकरण का डिज़ाइन और कॉन्फिगरेशन
2.1.1 पावर कैपेसिटर्स की कंपेंशन क्षमता

पावर कैपेसिटर्स की कंपेंशन क्षमता का अनुमान लगाने के लिए आमतौर पर एक सरलीकृत गणना विधि का उपयोग किया जाता है। हालांकि, व्यावहारिक अनुप्रयोगों में इस विधि में कुछ सीमाएं होती हैं। इसलिए, इस पेपर में आवश्यक कंपेंशन को निर्धारित करने के लिए एक अधिक विस्तृत और सटीक एल्गोरिदम का उपयोग किया जाता है। पहले, अकंपेंशेटेड स्थिति में सिस्टम का प्रारंभिक पावर फैक्टर (cosφ) स्थापित किया जाता है।

$P$ और $Q$ ग्रिड की पूर्ण लोड पर संचालन के दौरान सक्रिय और रिएक्टिव पावर के मान हैं;
$\α$ पावर सिस्टम (या ग्रिड) का वार्षिक औसत सक्रिय लोड गुणांक है (आमतौर पर 0.70 से 0.75 के बीच);
$\β$ पावर सिस्टम (या ग्रिड) का वार्षिक औसत रिएक्टिव लोड गुणांक है, आमतौर पर 0.76 लिया जाता है।

यदि पावर सिस्टम पहले से ही सामान्य संचालन में है, तो ऐतिहासिक बिजली उपभोग डेटा का उपयोग गणना के लिए किया जा सकता है। इस मामले में:

जहाँ:
W_m पावर सिस्टम की मासिक औसत सक्रिय ऊर्जा खपत है;
W_rm पावर सिस्टम की मासिक औसत रिएक्टिव ऊर्जा खपत है।

उपरोक्त लक्ष्य पावर फैक्टर के आधार पर, पावर कैपेसिटर की वास्तविक कंपेंशन क्षमता निम्नलिखित सूत्र का उपयोग करके निर्धारित की जा सकती है:

2.1.2 पावर कैपेसिटर बैंक्स की कनेक्शन विधियाँ

पावर सिस्टम के सामान्य संचालन के दौरान, पावर कैपेसिटर बैंक्स आमतौर पर दो मूल कनेक्शन विधियों का उपयोग करते हैं: डेल्टा (Δ) कनेक्शन और Y (वाय) कनेक्शन। इसके अलावा, सर्किट के भीतर स्विचिंग उपकरणों की स्थिति के आधार पर, इन्हें आंतरिक या बाह्य स्विचिंग कन्फिगरेशन में वर्गीकृत किया जा सकता है।

डेल्टा कनेक्शन तीन-पास वाले कंपेंशेशन को तेज़ और एक साथ संभव बनाता है, जिससे लाइन असंतुलन की अवधि कम हो जाती है और कंपेंशेशन की दक्षता बढ़ जाती है। हालांकि, यह आमतौर पर संतुलित तीन-पास लोडों वाले सिस्टमों के लिए उपयुक्त होता है और ग्रिड की शुद्ध कंपेंशेशन नहीं कर सकता।

Y कनेक्शन कैपेसिटर बैंक के प्रत्येक पास के लिए स्वतंत्र और शुद्ध कंपेंशेशन की अनुमति देता है। हालांकि, यह एक पास में अतिरिक्त या कम वोल्टेज का कारण बन सकता है और आमतौर पर लागत अधिक होती है।

इसलिए, इस पेपर में दोनों कनेक्शन विधियों के फायदों को जोड़ने वाली एक हाइब्रिड दृष्टिकोण का प्रस्ताव किया गया है, जो वास्तविक लोड स्थितियों के आधार पर कैपेसिटर समूहों की संख्या और क्षमता को समायोजित करता है।

2.1.3 पावर कैपेसिटर्स का समूहीकरण कन्फिगरेशन

पावर कैपेसिटर्स का समूहीकरण कन्फिगरेशन आमतौर पर समान क्षमता और असमान क्षमता योजनाओं में शामिल होता है।

समान क्षमता के समूहीकरण में, कुल कैपेसिटर बैंक को समान क्षमता वाले समूहों में विभाजित किया जाता है, जिनकी संख्या को कुल आवश्यक क्षमता के आधार पर निर्धारित किया जाता है। यह विधि सरल असेंबली और सीधी स्विचिंग नियंत्रण लॉजिक की अनुमति देती है। हालांकि, कम समूहों और बड़ी व्यक्तिगत क्षमताओं के कारण, यह ग्रुब कंपेंशन स्टेप्स को देता है, जिससे शुद्ध कंपेंशेशन कठिन हो जाता है। अत्यधिक स्विचिंग उपकरणों के धीमे खराब होने का कारण बन सकता है और रखरखाव की लागत बढ़ा सकता है।

असमान क्षमता के समूहीकरण में, कैपेसिटर क्षमताओं को एक पूर्वनिर्धारित अनुपात (जैसे, 1∶2∶4∶8) के आधार पर वितरित किया जाता है। यह विधि उच्च कंपेंशन शुद्धता और लचीलेपन प्रदान करती है, जिससे रिएक्टिव पावर की फाइन-ट्यून नियंत्रण संभव होता है। हालांकि, यह सिस्टम डिज़ाइन और नियंत्रण लॉजिक को जटिल बनाता है, जिससे इसकी स्केलेबिलिटी में सीमाएं होती हैं। इसके अलावा, छोटी क्षमता वाले कैपेसिटर्स अत्यधिक स्विचिंग ऑपरेशनों का सामना कर सकते हैं, जो लंबे समय की दृष्टि से उनकी विश्वसनीयता पर प्रभाव डाल सकता है।

समग्र मूल्यांकन के बाद, इस पेपर में समान क्षमता के समूहीकरण विधि का उपयोग किया गया है। हालांकि, सामान्य कंपेंशन समूह की क्षमता विभाजित-फेज कंपेंशन समूह की तुलना में थोड़ी बड़ी है। यह कन्फिगरेशन चक्रीय स्विचिंग ऑपरेशन को बेहतर समर्थित करता है, कंपेंशन शुद्धता और प्रतिक्रिया समय दोनों को बढ़ाता है, और नियंत्रण की जटिलता को कम करता है। यह कंपेंशन चक्र को छोटा करता है और समग्र दक्षता को बढ़ाता है।

2.2 रिएक्टिव पावर कंपेंशन रणनीति का ऑप्टिमाइजेशन

एक अच्छी तरह से डिज़ाइन की गई रिएक्टिव पावर कंपेंशन रणनीति विभिन्न संचालन स्थितियों के तहत प्रभावी कंपेंशन सुनिश्चित करती है। सामान्य सिस्टम संचालन के दौरान, कंपेंशन सिस्टम की वास्तविक स्थिति को एक्टिव और रिएक्टिव पावर जैसे पैरामीटरों के आधार पर स्विच-इन जोन, स्थिर जोन, और स्विच-आउट जोन जैसे विभागों में विभाजित किया जा सकता है।

कंपेंशन रणनीति का ऑप्टिमाइजेशन सिस्टम डिज़ाइन का एक महत्वपूर्ण पहलू है, जो सीधे कंपेंशन प्रदर्शन पर प्रभाव डालता है। पारंपरिक एकल-पैरामीटर नियंत्रण रणनीतियाँ केवल एक चर पर ध्यान केंद्रित करती हैं, जिससे जटिल या गतिशील स्थितियों का संभालन कठिन हो जाता है। यह अक्सर अतिरिक्त कंपेंशन या अतिरिक्त स्विचिंग का कारण बनता है, जो संचालन और रखरखाव की लागत बढ़ाता है।

इसलिए, इस पेपर में एक बहु-पैरामीटर भारी नियंत्रण रणनीति का उपयोग किया जाता है। एक पैरामीटर मुख्य निर्णय नियम के रूप में उपयोग किया जाता है, जबकि अन्य कई पैरामीटर असिस्टेंट फैक्टर्स के रूप में काम करते हैं। सिस्टम एक साथ बहुत सारे पैरामीटरों का मूल्यांकन करता है, स्विचिंग की आवश्यकताओं को निर्धारित करने के लिए व्