ఎంవీడిసి టెక్నాలజీ ఏంటి? ప్రయోజనాలు, చట్టాలు & భవిష్యత్తు ట్రెండ్స్

మధ్యమ వోల్టేజ్ డైరెక్ట్ కరెంట్ (MVDC) ప్రవాహం ఒక ముఖ్య నవోద్యమం అయిన శక్తి ప్రవాహంలో, సాధారణ AC వ్యవస్థల పరిమితులను దూరం చేయడానికి రూపకల్పించబడింది. 1.5 kV నుండి 50 kV వరకు భిన్నమైన వోల్టేజ్‌లతో DC ద్వారా విద్యుత్ శక్తిని ప్రవహించజేయడం ద్వారా, అది దీర్ఘదూర ప్రవాహం లో ఉన్న ఉన్నత-వోల్టేజ్ DC యొక్క స్వభావంతో తాను కలిసేవిగాను, తక్కువ-వోల్టేజ్ DC విత్రాన్ యొక్క స్వచ్ఛందతను కలిసేవిగాను ఉంటుంది. పెద్ద స్కేలు పునరుత్పత్తి సమగ్రత మరియు కొత్త శక్తి వ్యవస్థ అభివృద్ధి యొక్క ప్రశ్నల వ్యాప్తిలో, MVDC గ్రిడ్ ఆధునికీకరణకు ఒక ముఖ్య పరిష్కారంగా ఉదభవిస్తుంది.

ముఖ్య వ్యవస్థ నాలుగు ఘటకాలను కలిగి ఉంటుంది: కన్వర్టర్ స్టేషన్లు, DC కేబుల్లు, సర్క్యూట్ బ్రేకర్లు, మరియు నియంత్రణ/ప్రతిరక్షణ పరికరాలు. కన్వర్టర్ స్టేషన్లు మాడ్యులర్ మల్టీలెవల్ కన్వర్టర్ (MMC) టెక్నాలజీని ఉపయోగిస్తాయి, ఇది సమాన్య క్షమాదర్శాలను ఉపయోగించి శక్తి మార్పును ఎంచుకోవడం ద్వారా ఉన్నత సామర్ధ్యం పొందుతుంది—ప్రతిదానికి స్వతంత్ర కెపెసిటర్లు మరియు శక్తి సెమికాండక్టర్లు ఉన్నాయి, ఇవి వోల్టేజ్ వేవ్‌లను స్పష్టంగా నియంత్రిస్తాయి. DC కేబుల్లు క్రాస్-లింక్ పాలీథిల్ ఇన్సులేషన్ మరియు ధాతువైన షీల్డింగ్ ఉపయోగిస్తాయి, ఇది లైన్ నష్టాలను పెద్దగా తగ్గిస్తుంది. హైబ్రిడ్ DC సర్క్యూట్ బ్రేకర్లు మిలిసెకన్ల్లో ఫాల్ట్లను వేరం చేయవచ్చు, ఇది వ్యవస్థ స్థిరతను ఉంటుంది. నియంత్రణ మరియు ప్రతిరక్షణ వ్యవస్థ, వాస్తవ సమయంలో డిజిటల్ సిమ్యులేషన్ ప్లాట్ఫార్మ్ల ఆధారంగా, మిలిసెకన్ లెవల్లో ఫాల్ట్ స్థానం చేయడానికి మరియు స్వయంగా పునరుద్ధారణ సామర్థ్యం ఉంటుంది.

వాస్తవిక ప్రయోగాల్లో, MVDC వివిధ ప్రయోజనాలను చూపుతుంది. EV చార్జింగ్లో, 1.5 kV DC చార్జర్లు సాధారణ AC చార్జర్ల కంటే చార్జింగ్ సమయంలో 40% తగ్గించుకుంటాయి, మరియు పరికరానికి స్థానంలో 30% తగ్గించుకుంటాయి. 10 kV DC శక్తి వ్యవస్థ ఉపయోగించే డేటా సెంటర్లు 15% అంతకన్నా ఎక్కువ శక్తి సామర్ధ్యం ఉంటాయి, మరియు విత్రాన్ నష్టాలు సుమారు 8% తగ్గించుకుంటాయి. ±30 kV DC కలక్షన్ వ్యవస్థలను ఉపయోగించి కొన్ని ప్రాంతాల్లో సముద్రం కేబుల్ ఇన్వెస్ట్మెంట్ ను 20% తగ్గించుకుంటాయి, AC కంటే మరియు సాధారణ ప్రతిస్థాపన శక్తి కంపెన్సేషన్ అవసరమైన సమయంలో తగ్గించుకుంటాయి. నగర రైల్వే ప్రవాహంలో అభివృద్ధి చేయడం ద్వారా MVDC ట్రాక్షన్ వ్యవస్థలు ఉపయోగించడం ద్వారా సబ్ స్టేషన్ల సంఖ్యను 50% తగ్గించవచ్చు, మరియు రిజెనరేటివ్ బ్రేకింగ్ శక్తి పునరుద్ధారణ సామర్థ్యం 92% ఉంటుంది.

ఈ టెక్నాలజీ మూడు ప్రధాన ప్రయోజనాలను అందిస్తుంది: సాధారణ AC వ్యవస్థల కంటే ఒకే వోల్టేజ్ లెవల్లో 10–15% తగ్గ ప్రవాహం నష్టాలు, ఇది అనేక పాయింట్ల విభజిత జనరేషన్ సమగ్రతకు అనుకూలం; ఫ్రీక్వెన్సీ సంకలనం అవసరం లేదు, ఇది గ్రిడ్ల మధ్య సంకలనాన్ని సులభం చేస్తుంది; మరియు మైక్రోసెకన్ లెవల్ శక్తి నియంత్రణ ప్రతికృతి సామర్ధ్యం, ఇది ప్రభావిత శక్తి స్రోతాలకు ఉత్తమ అనుకూలతను అందిస్తుంది. అయితే, చట్టాలు ఉన్నాయి, ఇవి ఉన్నత పరికర ఖర్చులు మరియు అనియంత్రిత స్థాపకీకరణ—ప్రత్యేకంగా, పెద్ద పరిమాణంలో ఉన్న DC బ్రేకర్లు AC సమానాల కంటే 3–5 రెట్లు అధిక ఖర్చులు ఉంటాయి, మరియు ఏకాంతర అంతర్జాతీయ సర్టిఫికేషన్ మానదండాలు అందాల్చబడలేదు.

స్థాపకీకరణ వేగంతో ప్రయత్నిస్తుంది. IEC, MVDC కేబుల్లకు IEC 62897-2020ని ప్రచురించింది, చైనా CEC, కన్వర్టర్ స్పెసిఫికేషన్లకు Q/GDW 12133-2021ని విడుదల చేసింది, మరియు EU యొక్క Horizon 2020 ఆధారంగా ముందుకు వెళ్ళిన MVDC గ్రిడ్ ప్రదర్శన ప్రాజెక్ట్ 18 kV/20 MW వ్యవస్థ వాలిడేషన్ టెస్టింగ్ను పూర్తి చేశాయి. దేశంలోని పరికర నిర్మాణంలో ప్రగతి చేశారు: చైనీస్ నిర్మాతలు ఇప్పుడు 2.5 kV/500 A IGBT మాడ్యుల్స్ని మైనస్ 1.5% వరకు డైనమిక వోల్టేజ్ బాలాన్సింగ్ ఎర్రర్ తప్ప ప్రాప్టికరచుకుంటున్నారు.

భవిష్యత్తు ట్రెండ్లు ఉన్నాయి: పరికర లఘువులు—SiC ఆధారంగా చిన్న కన్వర్టర్లు వాలుమ్ని 40% తగ్గించవచ్చు; వ్యవస్థ బౌద్ధికత—డిజిటల్ ట్విన్ టెక్నాలజీ పరికర ఆయుష్కాల ప్రక్కలో సరైన సామర్ధ్యాన్ని 95% కంటే ఎక్కువ చేయవచ్చు; మరియు ప్రయోగాల విస్తరణ—అంతరిక్షంలో సౌర శక్తి మైక్రోవేవ్ వైర్లెస్ ప్రవాహం వ్యవస్థలు 55 kV DC వ్యవస్థలను ఉపయోగించి భూమి వైపు ప్రారంభిక ప్రాప్టికరచుకుంటున్నాయి. శక్తి ఇలక్ట్రానిక్స్ ఖర్చులు కొన్నిసార్లు తగ్గించినప్పుడు, MVDC 2030 వరకు సాధారణ AC పరిష్కారాలకు కొన్ని విత్రాన్ గ్రిడ్ అభివృద్ధిలో ఆర్థికంగా ఉత్తమం అవుతుంది.

టెక్నాలజీ ప్రయోగం క్రాస్-సెక్టర్ సహకరణను అవసరం. శక్తి డిజైన్ ఇన్స్టిట్యూట్లు కన్వర్టర్ స్టేషన్ లయాయ్ట్ అప్టిమైజేషన్ మరియు EMI సిమ్యులేషన్ కోసం 3D డిజిటల్ డిజైన్ ప్లాట్ఫార్మ్లను అభివృద్ధి చేస్తున్నాయి. విశ్వవిద్యాలయ పరిశోధన టీమ్లు కొత్త టోపోలజీలను అభివృద్ధి చేస్తున్నాయి, డ్యూయల్-ఎక్టివ్-బ్రిడ్జ్ కన్వర్టర్లు 98.7% శక్తి సామర్ధ్యంను అందిస్తున్నాయి. యునిట్ పైలట్ ప్రాజెక్ట్లు 20 kV DC మైక్రోగ్రిడ్లు ఔటప్ పార్కుల్లో పునరుత్పత్తి సమగ్రతను 85% కంటే ఎక్కువ చేయవచ్చు. ఈ ప్రయాసాలు టెక్నాలజీ పునరుద్ధారణకు విలువైన డేటాను అందిస్తాయి.

కొత్త శక్తి వ్యవస్థల్లో, MVDC ఒక ముఖ్య పాత్రను పోషిస్తుంది, UHVDC ప్రధాన నెట్వర్క్లను మరియు తక్కువ-వోల్టేజ్ విత్రాన్ స్రోతాలను కలిపి అనుకూలంగా, మల్టీ-వోల్టేజ్ DC నెట్వర్క్లను రూపొందిస్తుంది. కేస్ స్టడీలు చూపించాయి, 10 kV DC బస్ బార్లతో అంతర్జ్ఞాన ఉన్న సబ్ స్టేషన్లు ప్రకాశికా శక్తి అందుకునే సామర్ధ్యాన్ని 25% పెంచుకుంటాయి, ముఖ్య గ్రిడ్ అవసరంలో క్రిటికల్ లోడ్లను 4 గంటల పాటు నిలిపి ఉంచవచ్చు. డిజిటల్ గ్రిడ్ అభివృద్ధి ముందుకు వెళ్ళిన MVDC వ్యవస్థలు ఎడ్జ్ కంప్యూటింగ్ మరియు బ్లాక్చెయిన్ తో కలిసి స్వయంగా నియంత్రించే శక్తి ఇంటర్నెట్ నోడ్లను రూపొందిస్తుంది.

వాస్తవిక ఎంజినీరింగ్ విషయంలో, కేబుల్ నిర్మాణం ద్వారా వంటి వివరాలు దృష్టికి తీసుకుంటాయి: 35 kV DC కేబుల్లు కోసం క్రంప్ రేడియస్‌ను కన్ట్రోల్ చేయవలసి ఉంటుంది—కేబుల్ వ్యాసం యొక్క 25 రెట్లు తక్కువ. ఇలక్ట్రోమాగ్నెటిక్ సంగతి కాన్ప్రాయాబిలిటీ CISPR 22 క్లాస్ B మానదండాలను పూర్తి చేయవలసి ఉంటుంది, కన్వర్టర్ రూమ్ షీల్డింగ్ ప్రభావం 60 dB కంటే ఎక్కువ ఉంటుంది. ప్రాప్టికరణ మరియు మైంటనన్స్ ప్రతి మూడు నెలలకు ఇన్ఫ్రారెడ్ థర్మోగ్రాఫీ మరియు ఑న్లైన్ పార్షల్ డిస్చార్జ్ మోనిటరింగ్ కంటే తక్కువ పరిమితులతో 20 pC, సురక్షితమైన మరియు స్థిరమైన ప్రాప్టికరణను ఉంటుంది.

శక్తి మార్పు దృష్టిలో, MVDC శూన్య-కార్బన్ గ్రిడ్లకు ఒక ముఖ్య ప్రారంభం. ఇది వాతావరణం మరి