क्या है MVDC प्रविधि? लाभ, चुनौतियाँ र भविष्यको धारा

मध्यम वोल्टेज डाइरेक्ट करंट (एमवीडीसी) प्रौद्योगिकी विद्युत प्रसारण में एक महत्वपूर्ण नवाचार है, जो विशिष्ट अनुप्रयोगों में पारंपरिक एसी सिस्टमों की सीमाओं को दूर करने के लिए डिजाइन की गई है। 1.5 किलोवोल्ट से 50 किलोवोल्ट तक के वोल्टेज पर डाइरेक्ट करंट के माध्यम से विद्युत ऊर्जा का प्रसारण करके, यह उच्च-वोल्टेज डीसी के लंबी दूरी पर प्रसारण की फायदे और निम्न-वोल्टेज डीसी वितरण की लचीलापन को मिलाती है। बड़े पैमाने पर नवीकरणीय ऊर्जा के एकीकरण और नए विद्युत सिस्टम विकास के प्रतिपादन के खिलाफ, एमवीडीसी ग्रिड आधुनिकीकरण के लिए एक महत्वपूर्ण समाधान के रूप में उभर रही है।

मुख्य प्रणाली में चार घटक होते हैं: कन्वर्टर स्टेशन, डीसी केबल, सर्किट ब्रेकर, और नियंत्रण/संरक्षण उपकरण। कन्वर्टर स्टेशन मोड्यूलर मल्टीलेवल कन्वर्टर (एमएमसी) प्रौद्योगिकी का उपयोग करते हैं, जिससे श्रृंखला-संबद्ध उप-मॉड्यूलों के माध्यम से उच्च-कार्यक्षमता वाली ऊर्जा कन्वर्जन होती है—प्रत्येक उप-मॉड्यूल में स्वतंत्र कैपेसिटर और शक्ति अर्धचालक होते हैं जो वोल्टेज तरंगाकार को सटीक रूप से नियंत्रित करते हैं। डीसी केबल क्रॉस-लिंक्ड पॉलीथिलीन इन्सुलेशन और धातु शील्डिंग का उपयोग करते हैं, जिससे लाइन नुकसान बहुत कम होते हैं। हाइब्रिड डीसी सर्किट ब्रेकर मिलीसेकंड के भीतर दोषों को अलग कर सकते हैं, जिससे प्रणाली की स्थिरता सुनिश्चित होती है। नियंत्रण और संरक्षण प्रणाली, वास्तविक समय डिजिटल सिमुलेशन प्लेटफार्मों पर आधारित, मिलीसेकंड-स्तर के दोष स्थान निर्धारण और स्व-स्वस्थ शक्तियों को सक्षम करती है।

व्यावहारिक अनुप्रयोगों में, एमवीडीसी विविध लाभ दिखाती है। ईवी चार्जिंग में, 1.5 किलोवोल्ट डीसी चार्जर पारंपरिक एसी चार्जरों की तुलना में चार्जिंग समय को 40% तक कम करते हैं और उपकरण के आकार को 30% तक कम करते हैं। 10 किलोवोल्ट डीसी शक्ति आर्किटेक्चर का उपयोग करने वाले डेटा सेंटर 15% से अधिक ऊर्जा की कार्यक्षमता और लगभग 8% कम वितरण नुकसान प्राप्त करते हैं। ±30 किलोवोल्ट डीसी कलेक्शन सिस्टमों का उपयोग करके ऑफशोर विंड इंटीग्रेशन एसी की तुलना में जलीय केबल निवेश को 20% तक कम करता है और अधिकतर अभावी शक्ति की जरूरत को बहुत कम करता है। शहरी रेल परिवहन की अपग्रेड में एमवीडीसी ट्रैक्शन सिस्टम सबस्टेशन की संख्या को 50% तक कम करते हैं, जहाँ पुनर्जनन ब्रेकिंग ऊर्जा की पुनर्प्राप्ति 92% तक पहुंचती है।

प्रौद्योगिकी तीन मुख्य लाभ प्रदान करती है: 10-15% कम प्रसारण नुकसान, जो एसी सिस्टमों की तुलना में एक ही वोल्टेज स्तर पर बहु-बिंदु वितरित उत्पादन एकीकरण के लिए आदर्श है; आवृत्ति संकेंद्रण की आवश्यकता नहीं, जो ग्रिड के बीच के जोड़ को सरल बनाती है; और माइक्रोसेकंड-स्तर की शक्ति नियंत्रण प्रतिक्रिया, जो उतार-चढ़ाव वाले शक्ति स्रोतों के लिए बेहतर अनुकूलन प्रदान करती है। हालांकि, चुनौतियाँ रहती हैं, जिनमें उच्च उपकरण लागत और अधूरी मानकीकरण शामिल हैं—विशेष रूप से, बड़े क्षमता वाले डीसी ब्रेकर एसी समकक्षों की तुलना में 3-5 गुना अधिक महंगे होते हैं, और एकीकृत अंतरराष्ट्रीय प्रमाणन मानक अभी तक अधूरे हैं।

मानकीकरण तेजी से बढ़ रहा है। आईईसी ने एमवीडीसी केबलों के लिए आईईसी 62897-2020 प्रकाशित किया है, चीन की सीईसी ने कन्वर्टर विनिर्देशों के लिए क्यू/जीडब्ल्यू 12133-2021 जारी किया है, और यूरोपीय संघ के होरिजन 2020-फंडेड एमवीडीसी ग्रिड प्रदर्शनी परियोजना ने 18 किलोवोल्ट/20 मेगावाट सिस्टम की मान्यता परीक्षण पूरा किया है। घरेलू उपकरण निर्माण में ब्रेकथ्रू हुआ है: चीनी निर्माताओं ने 2.5 किलोवोल्ट/500 एम्पियर आईजीबीटी मॉड्यूल्स का दुनिया भर में बड़े पैमाने पर उत्पादन शुरू किया है, जिनका गतिशील वोल्टेज संतुलन त्रुटि ±1.5% के भीतर है।

भविष्य की रुझान शामिल हैं: उपकरण का छोटा होना—सिलिकॉन कार्बाइड-आधारित संक्षिप्त कन्वर्टर आयतन को 40% तक कम कर सकते हैं; सिस्टम की बुद्धिमत्ता—डिजिटल ट्विन प्रौद्योगिकी उपकरणों की जीवन अवधि की भविष्यवाणी की सटीकता को 95% से अधिक बढ़ाती है; और अनुप्रयोग का विस्तार—अंतरिक्ष-आधारित सौर ऊर्जा माइक्रोवेव वायरलेस प्रसारण सिस्टम 55 किलोवोल्ट डीसी आर्किटेक्चर का उपयोग करके जमीन पर रिसेप्शन परीक्षण शुरू कर रहे हैं। जैसे-जैसे पावर इलेक्ट्रॉनिक्स की लागत गिरती जा रही है, 2030 तक एमवीडीसी को वितरण ग्रिड अपग्रेड में पारंपरिक एसी समाधानों की तुलना में आर्थिक रूप से अधिक श्रेष्ठ माना जाना चाहिए।

प्रौद्योगिकी के डिप्लॉयमेंट के लिए क्रॉस-सेक्टर सहयोग की आवश्यकता होती है। विद्युत डिजाइन संस्थाएं कन्वर्टर स्टेशन लेआउट अनुकूलन और ईएमआई सिमुलेशन के लिए 3डी डिजिटल डिजाइन प्लेटफार्म विकसित कर रही हैं। विश्वविद्यालयी अनुसंधान टीमें नवीन टोपोलॉजियों पर आगे बढ़ रही हैं, जिनमें दोहरे-सक्रिय-ब्रिज कन्वर्टर 98.7% की कार्यक्षमता प्राप्त करते हैं। उपयोगकर्ता पायलट परियोजनाएं दिखाती हैं कि औद्योगिक पार्कों में 20 किलोवोल्ट डीसी माइक्रोग्रिड नवीकरणीय ऊर्जा की धारण को 85% से अधिक बढ़ा सकते हैं। ये पहल तकनीकी इटरेशन के लिए मूल्यवान डेटा प्रदान करती हैं।

नए विद्युत सिस्टमों में, एमवीडीसी एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है, यह उच्च-वोल्टेज डीसी बैकबोन नेटवर्क और निम्न-वोल्टेज वितरित स्रोतों के बीच का जोड़ बनाती है और लचीले, बहु-वोल्टेज डीसी नेटवर्कों का गठन करती है। केस स्टडीज दिखाते हैं कि 10 किलोवोल्ट डीसी बसबार के साथ बुद्धिमान सबस्टेशन सौर ऊर्जा की धारण को 25% तक बढ़ा सकते हैं और मुख्य ग्रिड आउटेज के दौरान 4 घंटे से अधिक समय तक महत्वपूर्ण लोडों को समर्थित कर सकते हैं। डिजिटल ग्रिड विकास के साथ, एमवीडीसी सिस्टम एज कंप्यूटिंग और ब्लॉकचेन के साथ अधिक समायोजित हो रहे हैं ताकि स्व-नियमित ऊर्जा इंटरनेट नोड्स का गठन किया जा सके।

व्यावहारिक इंजीनियरिंग के लिए विस्तार से ध्यान देना आवश्यक है: केबल इनस्टॉलेशन को वक्र त्रिज्या को नियंत्रित करना चाहिए—35 किलोवोल्ट डीसी केबल के लिए न्यूनतम 25 गुना केबल व्यास। इलेक्ट्रोमैग्नेटिक संगतता CISPR 22 क्लास बी मानकों को पूरा करनी चाहिए, कन्वर्टर रूम शील्डिंग प्रभाव 60 डीबी से अधिक होना चाहिए। ऑपरेशन और मेंटेनेंस में हर 3 महीने में इन्फ्रारेड थर्मोग्राफी और ऑनलाइन आंशिक डिस्चार्ज मॉनिटोरिंग शामिल होनी चाहिए, जिसकी सीमा 20 पीसी से कम हो, जिससे सुरक्षित और स्थिर संचालन सुनिश्चित होता है।

ऊर्जा परिवर्तन के दृष्टिकोण से, एमवीडीसी शून्य-कार्बन ग्रिड के लिए एक महत्वपूर्ण सक्षमकर्ता है। यह विंड और सौर ऊर्जा के लिए डीसी ग्रिड कनेक्शन की अनुमति देती है, जो एसी इन्वर्जन से 6-8% ऊर्जा नुकसान को दूर करती है। हाइड्रोजन उत्पादन में, 10 किलोवोल्ट डीसी शक्ति का उपयोग करने वाले 50 मेगावाट इलेक्ट्रोलाइजर एसी-संचालित सिस्टमों की तुलना में 12 प्रतिशत बिंदुओं से अधिक कार्यक्षमता प्राप्त करते हैं। क्रॉस-इंडस्ट्री अनुप्रयोग विस्तार कर रहे हैं: 3 किलोवोल्ट डीसी शक्ति का उपयोग करने वाले मैग्लेव ट्रेन ट्रैक्शन ऊर्जा की खपत को 18% कम करते हैं। ये नवीकरण ऊर्जा के उपयोग को फिर से आकार दे रहे हैं।

उद्योग तालिम रोग का सामना कर रहा है। विद्युत इलेक्ट्रॉनिक्स और ग्रिड संचालन दोनों में कुशल व्यक्तियों की एक महत्वपूर्ण रोग है। चीनी विश्वविद्यालयों ने विशेष एमवीडीसी कोर्सेज शुरू किए हैं, और राष्ट्रीय व्यवसायिक योग्यता कैटलॉग में डीसी वितरण इंजीनियर प्रमाणपत्र शामिल है। कॉर्पोरेट ट्रेनिंग सेंटर्स पूर्ण-पैमाने की सिमुलेशन प्लेटफार्म का उपयोग करके विभिन्न दोष परिदृश्यों के तहत आपातकालीन प्रतिक्रिया के लिए व्यक्तियों को प्रशिक्षित करते हैं। यह तालिम विकास मॉडल प्रौद्योगिकी स्थानांतरण चक्र को कम कर रहा है और नवीकरण की गति को बढ़ा रहा है।