MVDC प्रौद्योगिकी क्या है? लाभ, चुनौतियाँ और भविष्य की रुझानें

मध्य वोल्टेज डाइरेक्ट करंट (MVDC) प्रौद्योगिकी विद्युत प्रसारण में एक महत्वपूर्ण नवाचार है, जो विशिष्ट अनुप्रयोगों में पारंपरिक AC सिस्टमों की सीमाओं को दूर करने के लिए डिज़ाइन की गई है। 1.5 kV से 50 kV तक के वोल्टेज पर DC के माध्यम से विद्युत ऊर्जा का प्रसारण करके, यह उच्च-वोल्टेज DC के लंबी दूरी के प्रसारण के फायदों और कम-वोल्टेज DC वितरण की लचीलेपन को जोड़ती है। बड़े पैमाने पर नवीकरणीय स्रोतों के एकीकरण और नए विद्युत सिस्टमों के विकास के प्रतिरूप में, MVDC ग्रिड आधुनिकीकरण के लिए एक महत्वपूर्ण समाधान के रूप में उभर रहा है।

मुख्य सिस्टम चार घटकों से बना होता है: कन्वर्टर स्टेशन, DC केबल, सर्किट ब्रेकर, और नियंत्रण/संरक्षण उपकरण। कन्वर्टर स्टेशन मॉड्यूलर मल्टीलेवल कन्वर्टर (MMC) प्रौद्योगिकी का उपयोग करते हैं, जो श्रृंखला-संबद्ध उपमॉड्यूलों के माध्यम से उच्च-कार्यक्षमता वाली शक्ति परिवर्तन प्राप्त करते हैं—प्रत्येक उपमॉड्यूल में स्वतंत्र कैपेसिटर और शक्ति अर्धचालक शामिल होते हैं जो वोल्टेज तरंग रूपों को सटीक रूप से नियंत्रित करते हैं। DC केबल क्रॉस-लिंक्ड पॉलीथीन इन्सुलेशन और धातु आवरण का उपयोग करते हैं, जो लाइन की हानि में बहुत कमी लाते हैं। हाइब्रिड DC सर्किट ब्रेकर मिलीसेकंड के भीतर दोषों को अलग कर सकते हैं, जिससे सिस्टम की स्थिरता सुनिश्चित होती है। नियंत्रण और संरक्षण सिस्टम, वास्तविक समय डिजिटल सिमुलेशन प्लेटफॉर्म पर आधारित, मिलीसेकंड स्तर पर दोष स्थानांतरण और स्व-स्वस्थ होने की क्षमता प्रदान करता है।

व्यावहारिक अनुप्रयोगों में, MVDC विविध लाभ दिखाता है। ईवी चार्जिंग में, 1.5 kV DC चार्जर पारंपरिक AC चार्जरों की तुलना में चार्जिंग समय 40% तक कम करते हैं और उपकरण का आकार 30% तक कम करते हैं। 10 kV DC शक्ति आर्किटेक्चर का उपयोग करने वाले डेटा सेंटर 15% से अधिक ऊर्जा की कार्यक्षमता और लगभग 8% कम वितरण हानि प्राप्त करते हैं। ±30 kV DC संकलन सिस्टम का उपयोग करके ऑफशोर विंड इंटीग्रेशन AC की तुलना में उपसागरीय केबल निवेश 20% तक कम करता है और बहुत कम अप्रत्यायोजित शक्ति की मांग को कम करता है। शहरी रेल परिवहन के अपग्रेड में, MVDC ट्रैक्शन सिस्टम सबस्टेशन की संख्या 50% तक कम कर सकते हैं, जिसमें पुनर्जनन ब्रेकिंग ऊर्जा की पुनर्प्राप्ति 92% तक पहुंच जाती है।

प्रौद्योगिकी तीन मुख्य लाभ प्रदान करती है: एक ही वोल्टेज स्तर पर AC सिस्टमों की तुलना में 10-15% कम प्रसारण हानि, जो बहु-बिंदु वितरित उत्पादन एकीकरण के लिए आदर्श है; आवृत्ति संकल्पना की आवश्यकता नहीं, जिससे ग्रिडों के बीच इंटरकनेक्शन सरल हो जाता है; और माइक्रोसेकंड स्तर पर शक्ति नियंत्रण प्रतिक्रिया, जो उतार-चढ़ाव वाले शक्ति स्रोतों के लिए बेहतर अनुकूलन प्रदान करती है। हालांकि, चुनौतियाँ रहती हैं, जिनमें उपकरणों की लागत अधिक और अधूरी मानकीकरण शामिल हैं—विशेष रूप से, बड़े क्षमता वाले DC ब्रेकर AC के समकक्षों की तुलना में 3-5 गुना अधिक लागत होती है, और एकीकृत अंतरराष्ट्रीय प्रमाणन मानक अभी भी अधूरे हैं।

मानकीकरण तेजी से बढ़ रहा है। IEC ने MVDC केबलों के लिए IEC 62897-2020 प्रकाशित किया है, चीन की CEC ने कन्वर्टर विनिर्देशों के लिए Q/GDW 12133-2021 जारी किया है, और EU के Horizon 2020-फंडेड MVDC ग्रिड प्रदर्शन परियोजना ने 18 kV/20 MW सिस्टम के वैधता परीक्षण पूरा किया है। घरेलू उपकरण निर्माण में भी ब्रेकथ्रू हुआ है: चीनी निर्माताओं ने अब 2.5 kV/500 A IGBT मॉड्यूल देख-देख कर उत्पादित किए हैं, जिनमें गतिशील वोल्टेज संतुलन त्रुटि ±1.5% के भीतर होती है।

भविष्य की रुझानों में शामिल हैं: उपकरणों का छोटा होना—SiC-आधारित संक्षिप्त कन्वर्टर आयतन को 40% तक कम कर सकते हैं; सिस्टम बुद्धिमत्ता—डिजिटल ट्विन प्रौद्योगिकी उपकरणों की जीवनकाल भविष्यवाणी शुद्धता 95% से अधिक तक सुधार करती है; और अनुप्रयोगों का विस्तार—अंतरिक्ष-आधारित सौर ऊर्जा माइक्रोवेव वायरलेस प्रसारण सिस्टम 55 kV DC आर्किटेक्चर का उपयोग करके भूमि पर ग्रहण परीक्षण शुरू कर रहे हैं। शक्ति इलेक्ट्रोनिक्स की लागत जारी रहती है, MVDC 2030 तक वितरण ग्रिड अपग्रेड में पारंपरिक AC समाधानों की तुलना में आर्थिक रूप से श्रेष्ठ होने की उम्मीद है।

प्रौद्योगिकी के निर्विहार के लिए विभिन्न क्षेत्रों के बीच सहयोग की आवश्यकता होती है। विद्युत डिजाइन संस्थाएं कन्वर्टर स्टेशन लेआउट अनुकूलन और EMI सिमुलेशन के लिए 3D डिजिटल डिजाइन प्लेटफॉर्म विकसित कर रही हैं। विश्वविद्यालयी शोध टीमें नई टोपोलोजियों पर आगे बढ़ रही हैं, जिनमें डुअल-एक्टिव-ब्रिज कन्वर्टर 98.7% की कार्यक्षमता प्राप्त करते हैं। उपयोगकर्ता पायलट परियोजनाएं दिखाती हैं कि औद्योगिक पार्कों में 20 kV DC माइक्रोग्रिड नवीकरणीय उत्पादन को 85% से अधिक बढ़ा सकते हैं। ये पहल तकनीकी आवर्तन के लिए मूल्यवान डेटा प्रदान करती हैं।

नए विद्युत सिस्टमों में, MVDC एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है, UHVDC मुख्य नेटवर्क और कम-वोल्टेज वितरित स्रोतों के बीच पुल बनाता है और लचीले, बहु-वोल्टेज DC नेटवर्कों का निर्माण करता है। केस स्टडीज दिखाते हैं कि 10 kV DC बसबारों के साथ बुद्धिमान सबस्टेशन फोटोवोल्टाइक अवशोषण को 25% तक बढ़ा सकते हैं और मुख्य ग्रिड विफलता के दौरान 4 घंटे से अधिक समय तक महत्वपूर्ण लोडों को संतुलित रख सकते हैं। डिजिटल ग्रिड विकास के साथ, MVDC सिस्टम एज कंप्यूटिंग और ब्लॉकचेन के साथ एकीकृत हो रहे हैं और स्व-नियंत्रित ऊर्जा इंटरनेट नोड्स बना रहे हैं।

व्यावहारिक इंजीनियरिंग में विवरणों पर ध्यान देना आवश्यक है: केबल इंस्टॉलेशन में वक्रता त्रिज्या को नियंत्रित किया जाना चाहिए—35 kV DC केबलों के लिए न्यूनतम 25 गुना केबल व्यास। इलेक्ट्रोमैग्नेटिक संगतता CISPR 22 क्लास B मानकों को पूरा करनी चाहिए, कन्वर्टर कक्ष की आवरण प्रभावकारिता 60 dB से अधिक होनी चाहिए। संचालन और रखरखाव में हर 3 महीने में इन्फ्रारेड थर्मोग्राफी और ऑनलाइन आंशिक डिस्चार्ज मॉनिटोरिंग शामिल होनी चाहिए, जिसमें थ्रेशहोल्ड 20 pC से कम होना चाहिए, सुरक्षित और स्थिर संचालन सुनिश्चित करने के लिए।

ऊर्जा परिवर्तन के दृष्टिकोण से, MVDC शून्य-कार्बन ग्रिडों के लिए एक महत्वपूर्ण सक्षमकारी है। यह विंड और सौर ऊर्जा के लिए डायरेक्ट DC ग्रिड कनेक्शन की अनुमति देता है, जिससे AC इनवर्जन से 6-8% ऊर्जा की हानि कम हो जाती है। हाइड्रोजन उत्पादन में, 10 kV DC शक्ति का उपयोग करने वाले 50 MW इलेक्ट्रोलाइज़र AC-पावर्ड सिस्टमों की तुलना में 12 प्रतिशत अधिक कार्यक्षमता प्राप्त करते हैं। अन्य क्षेत्रों में अनुप्रयोग विस्तारित हो रहे हैं: 3 kV DC शक्ति का उपयोग करने वाले मैगलेव ट्रेन 18% तक ट्रैक्शन ऊर्जा की खपत कम करते हैं। ये नवाचार ऊर्जा के उपयोग को फिर से आकार दे रहे हैं।

उद्योग तालेंट की कमी का सामना कर रहा है। विद्युत इलेक्ट्रोनिक्स और ग्रिड संचालन दोनों में निपुण व्यक्तियों की एक महत्वपूर्ण कमी है। चीनी विश्वविद्यालयों ने विशेष MVDC कोर्स शुरू किए हैं, और राष्ट्रीय व्यवसायिक योग्यता सूची में अब DC वितरण इंजीनियर प्रमाणन शामिल है। कॉर्पोरेट ट्रेनिंग सेंटर्स पूर्ण-स्केल सिमुलेशन प्लेटफॉर्म का उपयोग करके विभिन्न दोष परिदृश्यों के तहत आपातकालीन प्रतिक्रिया के लिए व्यक्तियों को प्रशिक्षित कर रहे हैं। यह तालेंट विकास मॉडल तकनीकी स्थानांतरण चक्र को कम कर रहा है और नवाचार निर्विहार को तेज कर रहा है।