सौर ऊर्जा संयन्त्रको अतिरिक्त वोल्टेज दोष: कारणहरू जोखिमहरू र प्रणालीगत समाधानहरूको पूर्ण गाइड

I. ग्रिड वोल्टेज ओवरवोल्टेज फ़ॉल्ट क्या है?

ग्रिड वोल्टेज ओवरवोल्टेज पावर सिस्टम या सर्किट में एक घटना को संदर्भित करता है जहाँ वोल्टेज सामान्य संचालन रेंज से अधिक हो जाता है।

सामान्यतः, शक्ति आवृत्ति के तहत, यदि एसी वोल्टेज का RMS (Root Mean Square) मूल्य निर्धारित मूल्य से 10% से अधिक बढ़ जाता है और यह 1 मिनट से अधिक समय तक बना रहता है, तो इसे ग्रिड वोल्टेज ओवरवोल्टेज फ़ॉल्ट के रूप में निर्धारित किया जा सकता है।

उदाहरण के लिए, चीन के सामान्य 380V तीन-फेज ग्रिड सिस्टम में, यदि वोल्टेज 418V से अधिक हो जाता है और एक निश्चित अवधि तक बना रहता है, तो यह ग्रिड वोल्टेज ओवरवोल्टेज फ़ॉल्ट को ट्रिगर कर सकता है।

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

इनवर्टर आमतौर पर उच्च-प्रिसिजन वोल्टेज सेंसरों से सुसज्जित होते हैं जो वास्तविक समय के ग्रिड वोल्टेज सिग्नल एकत्र करते हैं। ये सेंसर इकट्ठा किए गए वोल्टेज सिग्नल को इनवर्टर की नियंत्रण प्रणाली में प्रसारित करते हैं, जो सिग्नल का विश्लेषण और प्रक्रिया करती है और निर्धारित करती है कि ग्रिड वोल्टेज निर्धारित रेंज के भीतर है या नहीं।

जब ग्रिड वोल्टेज निर्धारित सुरक्षित रेंज से अधिक होने का पता चलता है, तो इनवर्टर तुरंत एक सुरक्षा मेकेनिज्म सक्रिय करता है, बंद हो जाता है, और ग्रिड से अलग हो जाता है ताकि ओवरवोल्टेज से उपकरणों को क्षति न हो और उपकरणों और ऑपरेटरों की सुरक्षा सुनिश्चित की जा सके।

इसके अलावा, कुछ बड़े पैमाने के PV पावर स्टेशनों में विशेष शक्ति गुणवत्ता निगरानी उपकरण स्थापित किए जाते हैं जो विभिन्न ग्रिड पैरामीटरों की व्यापक, वास्तविक समय में निगरानी करते हैं, जिससे वोल्टेज ओवरवोल्टेज जैसी शक्ति गुणवत्ता समस्याओं की समय पर निर्णय और संभाल की गुंजाइश होती है।

II. वोल्टेज ओवरवोल्टेज फ़ॉल्ट के कारण

(1) लाइन कारक: केबल इम्पीडेंस का प्रभाव

इनवर्टर और ग्रिड कनेक्शन बिंदु के बीच के केबल शक्ति प्रसारण में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं।

यदि केबल बहुत पतला हो, तो इसका प्रतिरोध बढ़ जाता है। ओहम के नियम (U = I×R) के अनुसार, निरंतर धारा के साथ, उच्च प्रतिरोध अधिक वोल्टेज गिरावट का कारण बनता है, जो इनवर्टर पक्ष पर एसी आउटपुट वोल्टेज को बढ़ा देता है।

अत्यधिक लंबे केबल भी प्रतिरोध बढ़ाते हैं, जिससे समान वोल्टेज उत्थान समस्याएँ होती हैं। उदाहरण के लिए, दूरस्थ क्षेत्रों में PV पावर स्टेशनों में जहाँ ग्रिड कनेक्शन बिंदु दूर हो, अनुपयुक्त विनिर्देशों के केबल का उपयोग आसानी से अत्यधिक केबल इम्पीडेंस के कारण वोल्टेज ओवरवोल्टेज फ़ॉल्ट का कारण बन सकता है।

यदि केबल गुंथ जाते हैं, तो उनका इंडक्टेंस बढ़ जाता है। एसी सर्किट में, इंडक्टेंस धारा प्रवाह को रोकता है, जिससे वोल्टेज वितरण में अधिक विक्षेप होता है और वोल्टेज ओवरवोल्टेज ट्रिगर हो सकता है।

वायरिंग त्रुटियाँ

PV पावर स्टेशन की प्रारंभिक स्थापना के दौरान, गलत एसी 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 देखने का कारण बन सकता है, जिससे ओवरवोल्टेज सुरक्षा मेकेनिज्म ट्रिगर हो सकता है।

इनवर्टर के एक अवधि के चलने के बाद, ग्रिड-पक्ष के केबलों में ढीला या खराब कनेक्शन संपर्क प्रतिरोध बढ़ा सकता है। जूल के नियम (Q = I²Rt, जहाँ Q ताप, I धारा, R प्रतिरोध, और t समय) के अनुसार, उच्च संपर्क प्रतिरोध अधिक ताप उत्पन्न करता है, जो स्थानीय ताप वृद्धि का कारण बनता है। यह लाइन की विद्युतीय प्रदर्शन को नुकसान पहुँचाता है, इनवर्टर में अस्थायी वोल्टेज वृद्धि का कारण बनता है और वोल्टेज ओवरवोल्टेज फ़ॉल्ट ट्रिगर हो सकता है।

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

कुछ क्षेत्रों, विशेष रूप से दूरस्थ ग्रामीण क्षेत्रों या ग्रिड बुनियादी ढांचे के विकास से वंचित 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-जनित 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 जाता है।

ट्रांसफॉर्मर-संबंधी समस्याएँ

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

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

असंगत ट्रांसफॉर्मर टैप सेटिंग या संचालन त्रुटियाँ (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 त्रुटियाँ

इनवर्टर डिफ़ॉल्ट वोल्टेज सुरक्षा रेंज के साथ फैक्ट्री से छूटते हैं। व्यावहारिक अनुप्रयोगों में, यदि यह निर्धारित रेंज वास्तविक स्थानीय ग्रिड स्थितियों से मेल नहीं खाता, तो गलत निर्धारण हो सकता है। उदाहरण के लिए, यदि ग्रिड वोल्टेज सामान्य रेंज में दोलन करता है लेकिन इनवर्टर का वोल्टेज सुरक्षा थ्रेशहोल्ड बहुत कम सेट किया गया है, तो इनवर्टर अक्सर ओवरवोल्टेज फ़ॉल्ट की रिपोर्ट करेगा।

दीर्घकालिक संचालन के दौरान, इनवर्टरों में हार्डवेयर त्रुटियाँ हो सकती हैं (जैसे, नुकसान पहुँचे हुए वोल्टेज सैंपलिंग सर्किट, खराब नियंत्रण बोर्ड)। ये त्रुटियाँ इनवर्टर द्वारा ग्रिड वोल्टेज की गलत निर्णय का कारण बनती हैं, जिससे ओवरवोल्टेज सुरक्षा मेकेनिज्म का गलत रूप से सक्रिय होना और इनवर्टर का बंद होना होता है।

बहु-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 केंद्रित होते हैं, तो उस फेज पर धारा बहुत अधिक हो जाती है, जिससे ग्रिड वोल्टेज असंतुलन होता है और उस फेज का वोल्टेज बढ़ जाता है।

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

(1) PV पावर स्टेशन उपकरणों की क्षति: इनवर्टर त्रुटियों का जोखिम बढ़ा

जब ग्रिड वोल्टेज ओवरवोल्टेज होता है, तो इनवर्टर के अंदर के इलेक्ट्रॉनिक घटक अपने निर्धारित मूल्य से अधिक वोल्टेज बर्दाश्त करते हैं, जो घटकों की उम्र बढ़ाता है या तो तुरंत क्षति का कारण बनता है।

उदाहरण के लिए, इनवर्टर में पावर स्विचिंग उपकरण (जैसे IGBT, Insulated Gate Bipolar Transistors) ओवरवोल्टेज स्थितियों के दौरान ऑन और ऑफ के दौरान वोल्टेज तनाव का सामना करते हैं, जो उन्हें ब्रेकडाउन की स्थिति में ला सकता है और इनवर्टर को असंचालन योग्य बना सकता है।

इसके अलावा, ओवरवोल्टेज इनवर्टर के नियंत्रण सर्किट में त्रुटियों का कारण बन सकता है, जो इसकी योग्यता को आउटपुट वोल्टेज और धारा को नियंत्रित करने में प्रभावित करता है और इनवर्टर के प्रदर्शन और विश्वसनीयता को आगे बढ़ाता है।

PV मॉड्यूल की लंबाई का कम होना

अत्यधिक उच्च ग्रिड वोल्टेज इनवर्टर के माध्यम से PV मॉड्यूल पक्ष पर वापस भेजा जा सकता है, जो मॉड्यूलों के संचालन वोल्टेज को बढ़ाता है। लंबे समय तक उच्च वोल्टेज पर PV मॉड्यूलों का संचालन उनके आंतरिक अर्धचालक सामग्रियों के प्रदर्शन को बदल सकता है, जो हॉट स्पॉट और माइक्रोक्रैक जैसी समस्याओं का कारण बन सकता है।

(2) ग्रिड स्थिरता पर प्रभाव: गुणवत्ता का अवक्षय

ग्रिड वोल्टेज ओवरवोल्टेज शक्ति की गुणवत्ता को गिरा देता है और हार्मोनिक प्रदूषण का कारण बनता है। जब वोल्टेज सामान्य रेंज से अधिक हो जाता है, तो पावर सिस्टम में गैर-रैखिक लोड अतिरिक्त हार्मोनिक धाराओं का उत्पादन करते हैं, जो ग्रिड वोल्टेज को आगे बढ़ाते हैं, जो एक दुष्प्रभावी चक्र बनाता है। हार्मोनिक विद्युत उपकरणों में ताप उत्पादन बढ़ाता है, उनकी सेवारत्रि कम करता है, और संचार प्रणालियों के सामान्य संचालन को रोक सकता है, जो पावर सिस्टम की समग्र स्थिरता को कम करता है।

(3) ऊर्जा उत्पादन का नुकसान और आर्थिक लाभ का कम होना: इनवर्टर बंद और डेरेटेड संचालन

जब इनवर्टर ग्रिड वोल्टेज ओवरवोल्टेज का पता चलता है, तो यह सुरक्षा के लिए बंद हो जाता है या उपकरण सुरक्षा को सुनिश्चित करने के लिए कम शक्ति पर संचालन करता है। इनवर्टर बंद होने से PV पावर स्टेशन पूरी तरह से ऊर्जा उत्पादन बंद कर देता है, जिससे ऊर्जा उत्पादन का नुकसान होता है।

दीर्घकालिक संचालन और रखरखाव (O&M) लागत में वृद्धि

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