MVDC ٹیکنالوجی کیا ہے؟ فوائد، چallenges اور مستقبل کی ترندیاں

میڈیم ولٹیج ڈائریکٹ کرینٹ (MVDC) ٹیکنالوجی برق کے منتقلی میں ایک کلیدی نوآوری ہے، جس کا مقصد روایتی AC نظاموں کی مخصوص درجات میں موجود قابوئیوں کو دُور کرنا ہے۔ یہ عام طور پر 1.5 kV سے لے کر 50 kV تک کے ولٹیج پر ڈائریکٹ کرینٹ کے ذریعے برقی توانائی کو منتقل کرتا ہے، جس سے عظیم ولٹیج ڈائریکٹ کرینٹ کی لمبی دورانیے کی منتقلی کی فوائد اور کم ولٹیج ڈائریکٹ کرینٹ تقسیم کی مرونة کو ملا کر ایکجا کیا جاتا ہے۔ وسیع پیمانے پر تجدید کی شamilable renewable integration and new power system development, MVDC is emerging as a pivotal solution for grid modernization.

اس بنیادی نظام کے چار اجزا ہیں: کنورٹر سٹیشنز، ڈائریکٹ کرینٹ کیبلز، سرکٹ بریکرز، اور کنٹرول/پروٹیکشن ڈیوائسز۔ کنورٹر سٹیشنز میڈولر ملٹی لیول کنورٹر (MMC) ٹیکنالوجی کا استعمال کرتے ہیں، جس سے سیریز کنکشنڈ سب مودیولز کے ذریعے عالی کارکردگی کی توانائی کنورشن حاصل ہوتی ہے—ہر ایک میں مستقل کیپیسٹرز اور توانائی کے سمی کانڈکٹرز شامل ہوتے ہیں تاکہ ولٹیج ویو فارمز کو درست طور پر کنٹرول کیا جا سکے۔ ڈائریکٹ کرینٹ کیبلز کراس لینکڈ پولی ایتھیلین آنسولیشن کا استعمال کرتے ہیں جس میں معدنی شیلڈنگ شامل ہوتی ہے، جس سے لائن کی نقصانات کو قابل خیال حد تک کم کیا جاتا ہے۔ ہائبرڈ ڈائریکٹ کرینٹ سرکٹ بریکرز ملی سیکنڈوں کے اندر کسی خرابی کو الگ کر سکتے ہیں، جس سے نظام کی استحکام کا فائدہ ہوتا ہے۔ کنٹرول اور پروٹیکشن نظام، جو ریل ٹائم ڈیجیٹل سیمولیشن پلیٹفارم پر مبنی ہوتا ہے، ملی سیکنڈ لیول کی خرابی کی شناخت اور خود کشی کی صلاحیتوں کو فراہم کرتا ہے۔

معمولی استعمال میں، MVDC مختلف فوائد ظاہر کرتا ہے۔ EV چارجنگ میں، 1.5 kV ڈائریکٹ کرینٹ چارجرز روایتی AC چارجرز کے مقابلے میں چارجنگ کا وقت 40% کم کرتے ہیں اور معدنیات کا رقبہ 30% کم کرتے ہیں۔ ڈیٹا سنٹرز 10 kV ڈائریکٹ کرینٹ پاور آرکیٹیکچر کا استعمال کرتے ہوئے 15% سے زیادہ توانائی کی کارکردگی حاصل کرتے ہیں اور تقسیم کی نقصانات کو تقریباً 8% کم کرتے ہیں۔ آف شور وینڈ کے انٹیگریشن میں ±30 kV ڈائریکٹ کرینٹ کلیکشن سسٹم کا استعمال AC کے مقابلے میں سب میرین کیبل کی سرمایہ کاری کو 20% کم کرتا ہے اور معاون توانائی کی معاوضہ کی ضرورت کو قابل خیال حد تک کم کرتا ہے۔ شہری ریلوے ٹرانزٹ کے اپ گریڈ میں MVDC ٹریکشن سسٹم سب اسٹیشن کی تعداد کو 50% کم کرتے ہیں، جبکہ ریجنریٹو بریکنگ توانائی کی واپسی 92% تک پہنچ جاتی ہے۔

ٹیکنالوجی تین اہم فوائد فراہم کرتی ہے: یکساں ولٹیج لیول پر AC نظاموں کے مقابلے میں 10-15% کم ترانسفر نقصانات، ملٹی پوائنٹ ڈسٹری بیوٹڈ جنریشن انٹیگریشن کے لیے مناسب؛ فریکوئنسی سینکرونائزیشن کی ضرورت کی عدم موجودگی، شبکوں کے درمیان انٹرکنیکشن کو آسان بناتی ہے؛ اور مائیکرو سیکنڈ لیول پاور ریگولیشن ریسبانس، میں متغیر توانائی کے ذریعہ بہتر تطبیقیت فراہم کرتی ہے۔ حالانکہ چیلنجز موجود ہیں، جن میں معدنیات کی لاگت میں اضافہ اور مکمل معیاری کرن کی عدم موجودگی شامل ہیں—خاص طور پر، بڑی کapasity DC breakers cost 3–5 times more than AC equivalents, and unified international certification standards are still lacking.

معیاری کرن کی رفتار بڑھ رہی ہے۔ IEC نے MVDC کیبلز کے لیے IEC 62897-2020 شائع کیا ہے، چین کا CEC کنورٹر اسپیسیفیکیشنز کے لیے Q/GDW 12133-2021 جاری کر چکا ہے، اور EU کا ہوریزن 2020 فنڈڈ MVDC گرڈ ڈیمو سسٹم 18 kV/20 MW سسٹم کی ویلیڈیشن ٹیسٹنگ کو مکمل کر چکا ہے۔ غیر ملکی معدنیات کی تیاری میں بڑھاو کیا گیا ہے: چینی مصنوعات 2.5 kV/500 A IGBT مودیولز کو میس پروڈکشن کر رہے ہیں جن کی دینامک ولٹیج بالانسنگ غلطی ±1.5% کے اندر ہوتی ہے۔

مستقبل کی روندیں شامل ہیں: ڈیوائس کی مینیٹرائزیشن—SiC-based compact converters can reduce volume by 40%; system intelligence—digital twin technology improves equipment lifespan prediction accuracy to over 95%; and application expansion—space-based solar power microwave wireless transmission systems are beginning ground reception tests using 55 kV DC architectures. As power electronics costs continue to fall, MVDC is expected to become economically superior to traditional AC solutions in distribution grid upgrades by 2030.

ٹیکنالوجی کی ڈیپلومینٹ میں کراس سیکٹر کالابوریشن کی ضرورت ہوتی ہے۔ برقی ڈیزائن انستی ٹیوٹس کنورٹر سٹیشن کے لیے 3D ڈیجیٹل ڈیزائن پلیٹفارم کی ترقی کر رہے ہیں اور EMI سیمولیشن کو بہتر بنارہے ہیں۔ یونیورسٹی کے ریسرچ ٹیم نوآورانہ ٹاپولوجیوں کی ترقی کر رہے ہیں، جس میں ڈوئل ایکٹیو بریج کنورٹرز 98.7% کارکردگی حاصل کرتے ہیں۔ یونٹیلٹی پائلٹ پروجیکٹس دکھاتے ہیں کہ صنعتی پارکوں میں 20 kV ڈائریکٹ کرینٹ مائیکرو گرڈز تجدید کی تعمیر کو 85% سے زیادہ بڑھا سکتے ہیں۔ ان مہمات نے ٹیکنالوجی کی تکرار کے لیے قیمتی معلومات فراہم کی ہیں۔

نئے برقی نظاموں میں، MVDC ایک کلیدی کردار ادا کرتا ہے، UHVDC backbone networks اور کم ولٹیج ڈسٹری بیوٹڈ سروسز کو مل کر مرونة، ملٹی ولٹیج ڈائریکٹ کرینٹ نیٹ ورکس بناتا ہے۔ مطالعے دکھاتے ہیں کہ 10 kV ڈائریکٹ کرینٹ باس بار کے ساتھ سمارٹ سب اسٹیشن فوٹو وولٹیک آبسورپشن کو 25% تک بڑھا سکتے ہیں اور مین گرڈ کے آؤٹیجز کے دوران کریٹیکل لوڈ کو 4 گھنٹے سے زیادہ کے لیے برقرار رکھ سکتے ہیں۔ جیسے ڈیجیٹل گرڈ ترقی کرتا ہے، MVDC سسٹمز ایج کمپیوٹنگ اور بلاک چین کے ساتھ مل کر خود کشی کرنے والے انرجی انٹرنیٹ نوڈز بنانے کی طرف بڑھ رہے ہیں۔

عملی مهندسی کے لیے تفصیلات پر توجہ دینا ضروری ہے: کیبل کی نصبی کو محدود کرنے کی ضرورت ہوتی ہے—35 kV ڈائریکٹ کرینٹ کیبلز کے لیے کیبل کے قطر کا 25 گنا کم سے کم موڑ کا رداس۔ الیکٹرو میگنیٹک کمپیٹیبلٹی کو CISPR 22 کلاس B معیار پر ملتا ہے، کنورٹر روم کے شیلڈنگ کی کارکردگی 60 dB سے زیادہ ہوتی ہے۔ آپریشن اور مینٹیننس میں ہر 3 ماہ بعد انفراریڈ ٹھرموجرافی اور آن لائن پارشل ڈسچارج مانیٹرنگ کو 20 pC سے کم کرنے کا لازم ہوتا ہے، جس سے سیف اور استحکام سے آپریشن کی گارنٹی ہوتی ہے۔

انرجی ٹرانزیشن کے منظر سے، MVDC صفر کاربن گرڈ کے لیے ایک کلیدی ممکنہ حل ہے۔ یہ ہوابادی اور سورجی کے لیے مستقیم ڈائریکٹ کرینٹ گرڈ کنکشن کی اجازت دیتا ہے، جس سے AC انورشن سے 6-8% توانائی کی نقصانات کو ختم کر دیا جاتا ہے۔ ہائیڈروجن کی تیاری میں، 10 kV ڈائریکٹ کرینٹ پاور کے استعمال سے 50 MW الیکٹرولائزرز AC پاورڈ سسٹمز کے مقابلے میں 12 فیصد کی کارکردگی کو بڑھا سکتے ہیں۔ کراس انڈسٹری کے اطلاقیات بڑھ رہے ہیں: 3 kV ڈائریکٹ کرینٹ پاور کا استعمال کرنے والے میگ لیو ٹرینز ٹریکشن توانائی کی صرفہ کو 18% کم کرتے ہیں۔ ان نوآوریوں نے انرجی کے استعمال کو دوبارہ تشکیل دیا ہے۔

صنعت کو مہارت کی کمی کا سامنا کرنا پڑ رہا ہے۔ برقی الیکٹرانکس اور گرڈ آپریشن دونوں میں مہارت رکھنے والے پروفیشنلز کی کمی ہے۔ چینی یونیورسٹیوں نے مخصوص MVDC کورسز کا آغاز کیا ہے، اور قومی پیشہ ورانہ کوالیفیکیشن کیٹلوج میں اب ڈائریکٹ کرینٹ ڈسٹری بیوٹشن انجینئر کی سرٹیفیکیشن شامل ہے۔ کارپوریٹ ٹریننگ سینٹرز مکمل سکیل سیمولیشن پلیٹفارم کا استعمال کرتے ہوئے مختلف خرابی کے ماحول میں ایمرجنسی ریسپونس کے لیے کارکنوں کو تربیت دیتے ہیں۔ یہ مہارت کی ترقی کا ماڈل ٹیکنالوجی کے ترانسفر کے دور کو کم کر رہا ہے اور نوآوری کی ڈیپلومینٹ کو تیز کر رہا ہے۔