सौर ऊर्जा संयंत्र में अतिरिक्त वोल्टेज दोष: कारण, जोखिम और प्रणालीगत समाधान

I. ग्रिड वोल्टेज ओवरवोल्टेज फ़ॉल्ट क्या है?

ग्रिड वोल्टेज ओवरवोल्टेज एक घटना है जहाँ पावर सिस्टम या सर्किट में वोल्टेज नॉर्मल ऑपरेशनल रेंज से अधिक हो जाती है।

आमतौर पर, पावर फ्रीक्वेंसी के तहत, यदि एसी वोल्टेज का RMS (Root Mean Square) मान निर्धारित मान से 10% से अधिक बढ़ जाता है और यह स्थिति 1 मिनट से अधिक समय तक बनी रहती है, तो इसे ग्रिड वोल्टेज ओवरवोल्टेज फ़ॉल्ट के रूप में निर्धारित किया जा सकता है।

उदाहरण के लिए, चीन के सामान्य 380V त्रिपाद ग्रिड सिस्टम में, यदि वोल्टेज 418V से अधिक हो जाती है और यह स्थिति कुछ समय तक बनी रहती है, तो यह ग्रिड वोल्टेज ओवरवोल्टेज फ़ॉल्ट को ट्रिगर कर सकती है।

फोटोवोल्टाइक (PV) पावर स्टेशनों में, ग्रिड-संयुक्त इनवर्टर ग्रिड वोल्टेज की वास्तविक समय में निगरानी के लिए जिम्मेदार होते हैं।

इनवर्टर में आमतौर पर उच्च-प्रिसिजन वोल्टेज सेंसर लगाए जाते हैं जो वास्तविक समय में ग्रिड वोल्टेज सिग्नल एकत्र करते हैं। ये सेंसर इकट्ठा किए गए वोल्टेज सिग्नल को इनवर्टर के कंट्रोल सिस्टम में भेजते हैं, जो सिग्नलों का विश्लेषण और प्रोसेसिंग करता है और निर्धारित करता है कि ग्रिड वोल्टेज निर्धारित रेंज में है या नहीं।

जब ग्रिड वोल्टेज निर्धारित सुरक्षित रेंज से अधिक होने का पता चलता है, तो इनवर्टर तुरंत सुरक्षा मेकेनिज्म सक्रिय करता है, बंद हो जाता है और ग्रिड से विसंगत हो जाता है, जिससे ओवरवोल्टेज से उपकरणों को क्षति होने की रोक थाम लगाई जाती है और उपकरणों और ऑपरेटरों की सुरक्षा सुनिश्चित की जाती है।

इसके अलावा, कुछ बड़े पैमाने के PV पावर स्टेशनों में विशेष विद्युत गुणवत्ता निगरानी उपकरण लगाए जाते हैं जो विभिन्न ग्रिड पैरामीटरों की व्यापक, वास्तविक समय में निगरानी करते हैं, जिससे वोल्टेज ओवरवोल्टेज जैसी विद्युत गुणवत्ता समस्याओं की समय पर पहचान और संभाल की जा सकती है।

II. वोल्टेज ओवरवोल्टेज फ़ॉल्ट के कारण

(1) लाइन कारक: केबल इम्पीडेंस का प्रभाव

इनवर्टर और ग्रिड कनेक्शन पॉइंट के बीच के केबल विद्युत प्रसारण में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं।

यदि केबल बहुत पतला हो, तो इसका प्रतिरोध बढ़ जाता है। ओह्म के नियम (U = I×R) के अनुसार, निरंतर धारा के साथ, उच्च प्रतिरोध अधिक वोल्टेज ड्रॉप का कारण बनता है, जो इनवर्टर तरफ़ AC आउटपुट वोल्टेज को बढ़ाता है।

अत्यधिक लंबे केबल भी प्रतिरोध बढ़ाते हैं, जिससे समान वोल्टेज उठान की समस्या होती है। उदाहरण के लिए, दूरस्थ क्षेत्रों में PV पावर स्टेशनों में जहाँ ग्रिड कनेक्शन पॉइंट दूर हो, अनुपयुक्त विशिष्टता के केबल का उपयोग करने से अत्यधिक केबल इम्पीडेंस के कारण वोल्टेज ओवरवोल्टेज फ़ॉल्ट हो सकता है।

यदि केबल गुंथ जाएं, तो इनका इंडक्टेंस बढ़ जाता है। AC सर्किट में, इंडक्टेंस धारा प्रवाह को रोकता है, जिससे वोल्टेज वितरण और वोल्टेज ओवरवोल्टेज की संभावना बढ़ सकती है।

वायरिंग की गलतियाँ

PV पावर स्टेशन की प्रारंभिक स्थापना के दौरान, गलत AC केबल वायरिंग (जैसे, न्यूट्रल टर्मिनल को लाइव वायर से जोड़ना) असामान्य वोल्टेज का कारण बन सकती है। यह इनवर्टर को वास्तविक ग्रिड वोल्टेज से मेल नहीं खाते वोल्टेज का पता लगाने का कारण बन सकता है, जिससे ओवरवोल्टेज सुरक्षा मेकेनिज्म ट्रिगर हो सकता है।

इनवर्टर के कुछ समय तक संचालन के बाद, ग्रिड-साइड केबलों में ढीला या खराब कनेक्शन धारा प्रतिरोध बढ़ा सकता है। जूल के नियम (Q = I²Rt, जहाँ Q ताप, I धारा, R प्रतिरोध और t समय है) के अनुसार, उच्च कनेक्शन प्रतिरोध अधिक ताप उत्पन्न करता है, जिससे स्थानीय ताप बढ़ता है। यह लाइन की विद्युत प्रदर्शन को नुकसान पहुँचाता है, जिससे इनवर्टर में अस्थायी वोल्टेज वृद्धि होती है और वोल्टेज ओवरवोल्टेज फ़ॉल्ट ट्रिगर हो सकता है।

(2) ग्रिड संरचना और लोड कारक: ग्रिड क्षमता और लोड अवशोषण के बीच का संघर्ष

कुछ क्षेत्रों, विशेष रूप से दूरस्थ ग्रामीण क्षेत्रों या ग्रिड बुनियादी ढांचे के विकसित न होने वाले क्षेत्रों में, ग्रिड की लोड अवशोषण क्षमता सीमित होती है। जब एक ही पावर वितरण क्षेत्र में स्थापित PV क्षमता बहुत बड़ी होती है, तो बड़ी मात्रा में PV उत्पन्न शक्ति ग्रिड में फीड की जाती है। यदि ग्रिड इस शक्ति को समय पर और प्रभावी रूप से अवशोषित नहीं कर सकता, तो ग्रिड वोल्टेज बढ़ जाती है।

ट्रांसफॉर्मर संबंधी मुद्दे

ट्रांसफॉर्मर ग्रिड में वोल्टेज रूपांतरण और पावर वितरण में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं:

यदि ट्रांसफॉर्मर ग्रिड कनेक्शन पॉइंट से दूर हो, तो इसका आउटपुट वोल्टेज आमतौर पर लाइन वोल्टेज नुकसान की भरपाई करने और ट्रांसफॉर्मर से दूर के क्षेत्रों में नॉर्मल वोल्टेज सुनिश्चित करने के लिए बढ़ा दिया जाता है। हालाँकि, यह ट्रांसफॉर्मर के पास के ग्रिड कनेक्शन पॉइंट पर अत्यधिक वोल्टेज का कारण बन सकता है।

अकरण ट्रांसफॉर्मर टैप सेटिंग या संचालन गलतियाँ (जैसे, टैप चेंजर का खराब संपर्क) ट्रांसफॉर्मर के टर्न अनुपात को प्रभावित कर सकती हैं, जिससे आउटपुट वोल्टेज का असामान्य उत्थान हो सकता है और ग्रिड वोल्टेज ओवरवोल्टेज फ़ॉल्ट ट्रिगर हो सकता है।

(3) इनवर्टर-संबंधी कारक: प्रारंभिक सेटिंग और संचालन गलतियाँ

इनवर्टर निर्धारित वोल्टेज सुरक्षा रेंज के साथ फैक्ट्री से निकलते हैं। व्यावहारिक अनुप्रयोगों में, यदि यह प्रीसेट रेंज वास्तविक स्थानीय ग्रिड स्थितियों से मेल नहीं खाती, तो गलत निर्धारण हो सकता है। उदाहरण के लिए, यदि ग्रिड वोल्टेज नॉर्मल रेंज में उतार-चढ़ाव करती है लेकिन इनवर्टर का वोल्टेज सुरक्षा थ्रेशहोल्ड बहुत कम सेट किया गया है, तो इनवर्टर अक्सर ओवरवोल्टेज फ़ॉल्ट रिपोर्ट करेगा।

लंबे समय तक संचालन के दौरान, इनवर्टर हार्डवेयर गलतियों (जैसे, क्षत वोल्टेज सैंपलिंग सर्किट, खराब कंट्रोल बोर्ड) से संबंधित हो सकते हैं। ये गलतियाँ इनवर्टर द्वारा ग्रिड वोल्टेज का गलत निर्धारण करने का कारण बनती हैं, जिससे ओवरवोल्टेज सुरक्षा मेकेनिज्म का गलत रूप से सक्रिय होना और इनवर्टर का बंद होना हो सकता है।

मल्टी-इनवर्टर कनेक्शन समस्याएँ

बड़े पैमाने के PV पावर स्टेशनों में, अक्सर एक साथ ग्रिड से कई इनवर्टर कनेक्ट किए जाते हैं। यदि एक फेज पर कई एकल-फेज इनवर्टर एकत्रित हों, तो उस फेज पर धारा अत्यधिक बढ़ जाएगी, जिससे ग्रिड वोल्टेज असंतुलित होगी और उस फेज की वोल्टेज बढ़ जाएगी।

III. वोल्टेज ओवरवोल्टेज फ़ॉल्ट के PV पावर स्टेशन और ग्रिड पर प्रभाव

(1) PV पावर स्टेशन उपकरणों की क्षति: इनवर्टर फ़ॉल्ट की बढ़ती जोखिम

जब ग्रिड वोल्टेज ओवरवोल्टेज होती है, तो इनवर्टर के अंदर के इलेक्ट्रोनिक घटक अपने निर्धारित मान से अधिक वोल्टेज झेलते हैं, जिससे घटकों का जल्दी बुजरुक होना या तुरंत क्षति होना हो सकता है।

उदाहरण के लिए, इनवर्टर में पावर स्विचिंग उपकरण (जैसे IGBTs, Insulated Gate Bipolar Transistors) ओवरवोल्टेज स्थितियों में ऑन और ऑफ होने के दौरान वोल्टेज तनाव का सामना करते हैं, जिससे वे टूट जाने की जोखिम में आते हैं और इनवर्टर अकार्यक्षम हो जाता है।

इसके अलावा, ओवरवोल्टेज इनवर्टर के कंट्रोल सर्किट में फ़ॉल्ट का कारण बन सकता है, जिससे इनवर्टर की आउटपुट वोल्टेज और धारा को सटीक रूप से नियंत्रित करने की क्षमता कम हो जाती है और इनवर्टर की प्रदर्शन और विश्वसनीयता और भी कम हो जाती है।

PV मॉड्यूल की लंबाई की कमी

अत्यधिक ऊंची ग्रिड वोल्टेज इनवर्टर के माध्यम से PV मॉड्यूल तरफ फीड की जा सकती है, जिससे मॉड्यूलों की संचालन वोल्टेज बढ़ जाती है। लंबे समय तक उच्च वोल्टेज पर PV मॉड्यूलों का संचालन उनके आंतरिक अर्धचालक सामग्रियों के प्रदर्शन को बदल सकता है, जिससे हॉट स्पॉट्स और माइक्रोक्रैक्स जैसी समस्याएँ हो सकती हैं।

(2) ग्रिड स्थिरता पर प्रभाव: विद्युत गुणवत्ता की खराबी

ग्रिड वोल्टेज ओवरवोल्टेज विद्युत गुणवत्ता को खराब करती है और हार्मोनिक प्रदूषण का कारण बनती है। जब वोल्टेज नॉर्मल रेंज से अधिक हो जाती है, तो पावर सिस्टम में गैर-रैखिक लोड अतिरिक्त हार्मोनिक धाराओं का उत्पादन करते हैं, जो ग्रिड वोल्टेज को और भी विघटित करते हैं, जिससे एक दुष्प्रभावी चक्र बनता है। हार्मोनिक विद्युत उपकरणों में ताप उत्पादन बढ़ाते हैं, सेवा जीवन कम करते हैं और संचार सिस्टमों के सामान्य संचालन को व्यवधान कर सकते हैं, जिससे पावर सिस्टम की समग्र स्थिरता को नुकसान पहुँचता है।

(3) पावर जनन की हानि और आर्थिक लाभों की कमी: इनवर्टर बंद और डिरेटेड संचालन

जब इनवर्टर ग्रिड वोल्टेज ओवरवोल्टेज का पता लगता है, तो यह सुरक्षा के लिए बंद हो जाता है या कम शक्ति पर संचालन करता है। इनवर्टर का बंद होने से PV पावर स्टेशन पूरी तरह से बिजली उत्पन्न करना बंद कर देता है, जिससे सीधी पावर जनन की हानि होती है।

लंबे समय तक संचालन और रखरखाव (O&M) लागत की वृद्धि

वोल्टेज ओवरवोल्टेज फ़ॉल्ट के कारण PV पावर स्टेशन के उपकरणों (जैसे, इनवर्टर और PV मॉड्यूल) की क्षति को समय पर म