उच्च वोल्टेज सीधे धारा (HVDC) प्रणाली की विन्यस्तियाँ

उच्च वोल्टेज सीधे धारा, जिसे आमतौर पर HVDC के रूप में संक्षिप्त किया जाता है, दूरी पर शक्ति प्रसारण की एक अत्यंत प्रभावी विधि है, जो पारंपरिक वैद्युत-विपरीत धारा (AC) प्रसारण की तुलना में शक्ति की हानि को बहुत कम करती है। HVDC प्रणाली को विभिन्न विन्यस्तियों में लागू किया जा सकता है, जिनमें से प्रत्येक को विशिष्ट संचालन आवश्यकताओं के अनुसार तैयार किया जाता है। यह लेख मुख्य HVDC प्रणाली विन्यस्तियों की संक्षिप्त जानकारी प्रदान करता है।

बैक-टू-बैक HVDC प्रणालियाँ

एक बैक-टू-बैक (B2B) HVDC विन्यस्ति में, रेक्टिफायर और इन्वर्टर, जो कन्वर्टर के मुख्य घटक हैं, एक ही टर्मिनल स्टेशन में स्थित होते हैं। ये दो कन्वर्टर तत्व एक-दूसरे से बैक-टू-बैक रूप से डायरेक्ट जुड़े होते हैं। इस विन्यस्ति का मुख्य उद्देश्य दो अलग-अलग AC शक्ति प्रणालियों को जोड़ना होता है। इसे आने वाली AC शक्ति को रेक्टिफायर के माध्यम से DC में परिवर्तित करके और फिर इन्वर्टर के माध्यम से तुरंत DC शक्ति को फिर से AC में परिवर्तित करके प्राप्त किया जाता है।

बैक-टू-बैक HVDC प्रणालियाँ (जारी)

बैक-टू-बैक HVDC सेटअप एक ही कमरे में स्थापित किया जाता है और दो असिंक्रोनस AC शक्ति प्रणालियों को जोड़ने का काम करता है। रेक्टिफायर और इन्वर्टर के बीच डायरेक्ट बैक-टू-बैक कनेक्शन के कारण, DC प्रसारण लाइन की आवश्यकता नहीं होती। थायरिस्टरों की श्रृंखला में जुड़ने वाली संख्या को कम करने के लिए, मध्यवर्ती DC वोल्टेज को उद्देश्यपूर्वक निम्न स्तर पर रखा जाता है। इसके बीच, इस विन्यस्ति का धारा रेटिंग कई हजार एम्पियर तक पहुंच सकता है।

इस प्रकार की HVDC प्रणाली निम्न स्थितियों में दो असिंक्रोनस AC शक्ति प्रणालियों को जोड़ने के लिए विशेष उपयोगी होती है:

• जब दो AC प्रणालियाँ या शक्ति ग्रिड अलग-अलग आवृत्तियों पर संचालित होती हैं।

• जब दो प्रणालियाँ एक ही आवृत्ति पर संचालित होती हैं लेकिन फेज अंतर होता है।

दो-टर्मिनल HVDC प्रणाली

एक दो-टर्मिनल HVDC विन्यस्ति में, दो अलग-अलग टर्मिनल स्टेशन होते हैं, जिनमें से प्रत्येक एक कन्वर्टर स्टेशन के रूप में कार्य करता है। एक स्टेशन में रेक्टिफायर और दूसरे में इन्वर्टर होता है। ये दो टर्मिनल एक HVDC प्रसारण लाइन द्वारा जुड़े होते हैं, जो दूरी पर विद्युत शक्ति के प्रभावी प्रसारण को संभव बनाता है। यह सेटअप पारंपरिक AC प्रसारण की सीमाओं को दूर करने के लिए डिज़ाइन किया गया है, जो दीर्घ-दूरी पर शक्ति प्रसारण के लिए DC शक्ति के लाभों का लाभ उठाता है, शक्ति की हानि को कम करता है और विशाल भौगोलिक क्षेत्रों पर प्रसारण की दक्षता को बढ़ाता है।

दो-टर्मिनल HVDC प्रणाली में दो बिंदुओं के बीच एक डायरेक्ट कनेक्शन होता है, जिसमें कोई समानांतर प्रसारण लाइन या प्रसारण लाइन के बीच कोई इंटरमीडिएट टैप नहीं होता है। इस विशेषता के कारण इसे बिंदु-से-बिंदु शक्ति प्रसारण के रूप में भी जाना जाता है। यह दो ऐसे स्थानों के बीच शक्ति आपूर्ति के लिए आदर्श है, जो भौगोलिक रूप से दूर स्थित होते हैं।

दो-टर्मिनल HVDC प्रणाली की एक उल्लेखनीय विशेषता यह है कि इसके लिए एक HVDC सर्किट ब्रेकर की आवश्यकता नहीं होती। रखरखाव या दोषों को साफ करने के दौरान, AC दक्षिण तरफ के AC सर्किट ब्रेकर का उपयोग DC लाइन को डी-एनर्जाइज करने के लिए किया जा सकता है। DC सर्किट ब्रेकर की तुलना में, AC सर्किट ब्रेकरों का डिज़ाइन सरल होता है और उनकी कीमत कम होती है, जिससे दो-टर्मिनल HVDC प्रणाली अधिक आर्थिक और रखरखाव में आसान होती है।

मल्टी-टर्मिनल DC (MTDC) प्रणाली

मल्टी-टर्मिनल DC (MTDC) प्रणाली एक अधिक जटिल HVDC विन्यस्ति है। यह दो से अधिक बिंदुओं के बीच कनेक्शन स्थापित करने के लिए एक से अधिक प्रसारण लाइनों का उपयोग करती है। यह सेटअप कई टर्मिनल स्टेशनों से युक्त होता है, जिनमें प्रत्येक में अपना कन्वर्टर होता है, जो सभी एक HVDC प्रसारण लाइन नेटवर्क द्वारा जुड़े होते हैं। इस नेटवर्क के भीतर, कुछ कन्वर्टर AC शक्ति को DC में परिवर्तित करने वाले रेक्टिफायर के रूप में कार्य करते हैं, जबकि अन्य लोग DC शक्ति को फिर से AC में परिवर्तित करने वाले इन्वर्टर के रूप में कार्य करते हैं, जिसे लोडों को वितरित किया जाता है। MTDC प्रणाली का एक मौलिक सिद्धांत यह है कि रेक्टिफायर स्टेशनों द्वारा प्रदान की गई कुल शक्ति इन्वर्टर (लोड) स्टेशनों द्वारा प्राप्त कुल शक्ति के बराबर होनी चाहिए, जिससे जुड़े हुए नेटवर्क में एक संतुलित और प्रभावी शक्ति प्रवाह सुनिश्चित होता है।

मल्टी-टर्मिनल DC (MTDC) प्रणाली (जारी)

MTDC नेटवर्क एक AC ग्रिड के समान लचीला होता है, लेकिन यह एक विशेष लाभ प्रदान करता है: DC वितरित नेटवर्क के भीतर शक्ति प्रवाह को नियंत्रित करने की क्षमता। हालांकि, यह बढ़ी हुई क्षमता बढ़ी हुई जटिलता के साथ आती है, जिससे MTDC प्रणाली दो-टर्मिनल HVDC विन्यस्ति की तुलना में बहुत जटिल होती है।

एक MTDC सेटअप में, AC दक्षिण तरफ के AC सर्किट ब्रेकरों पर निर्भर करना संभव नहीं है। दो-टर्मिनल प्रणाली के विपरीत, AC सर्किट ब्रेकर का उपयोग करने से पूरे DC नेटवर्क को डी-एनर्जाइज कर दिया जाएगा, जबकि केवल दोषपूर्ण या रखरखाव आवश्यक लाइन को अलग करना आवश्यक होता है। इस समस्या को सुलझाने के लिए, MTDC प्रणाली कई DC स्विचगियर घटकों, जैसे सर्किट ब्रेकरों की आवश्यकता होती है। ये विशेष DC सर्किट ब्रेकर रखरखाव कार्यों के दौरान या दोषों को साफ करने के दौरान सर्किटों को सुरक्षित रूप से डी-एनर्जाइज करने या विशिष्ट विभागों को अलग करने के लिए डिज़ाइन किए गए होते हैं, जिससे नेटवर्क की स्थिरता और विश्वसनीयता सुनिश्चित होती है।

MTDC प्रणाली में प्रणाली के संतुलन को बनाए रखना महत्वपूर्ण है। रेक्टिफायर स्टेशनों द्वारा प्रदान की गई कुल धारा इन्वर्टर स्टेशनों द्वारा खपत की जाने वाली धारा के बराबर होनी चाहिए। जब किसी इन्वर्टर स्टेशन से शक्ति की आवश्यकता में अचानक वृद्धि होती है, तो DC शक्ति आउटपुट को उस बढ़ी हुई लोड को पूरा करने के लिए उसके अनुसार बढ़ाया जाना चाहिए। इस प्रक्रिया के दौरान, आपूर्ति वोल्टेज और इन्वर्टरों के संचालन का निगरानी और नियंत्रण करना आवश्यक होता है, ताकि ओवरलोडिंग से बचा जा सके, जो प्रणाली की विफलता का कारण बन सकती है।

MTDC प्रणालियों की एक प्रमुख शक्ति यह है कि वे अप्रत्याशित शक्ति विफलताओं के दौरान विश्वसनीय होती हैं। किसी एक उत्पादन स्टेशन पर अप्रत्याशित शक्ति विफलता की स्थिति में, प्रणाली तेजी से विकल्पी कन्वर्टर स्टेशनों के माध्यम से शक्ति को फिर से रूट कर सकती है, जिससे कुल शक्ति आपूर्ति को न्यूनतम रूप से विघटित किया जा सकता है।

MTDC के अनुप्रयोग

• पुनर्नवीकरणीय ऊर्जा समावेशन: विभिन्न शक्ति ग्रिडों से जुड़े एक से अधिक DC-आधारित पुनर्नवीकरणीय ऊर्जा खेतों को जोड़ने में सहायता करता है, साफ ऊर्जा के प्रभावी वितरण को सुनिश्चित करता है।

• समुद्री तटीय वायु ऊर्जा: एक से अधिक समुद्री तटीय वायु ऊर्जा खेतों को तटीय शक्ति ग्रिड से जोड़ने में सहायता करता है, दूरी पर बड़ी मात्रा में शक्ति के प्रसारण से जुड़ी चुनौतियों को दूर करता है।

• बल्क शक्ति प्रसारण: एक से अधिक दूरस्थ AC उत्पादन स्टेशनों से एक से अधिक लोड केंद्रों तक बड़ी मात्रा में शक्ति के प्रसारण की अनुमति देता है, विशाल क्षेत्रों पर शक्ति वितरण का अनुकूलन करता है।

• ग्रिड जुड़ाव: दो असिंक्रोनस AC शक्ति प्रणालियों के बीच जुड़ाव की अनुमति देता है, ग्रिड की स्थिरता और शक्ति विनिमय क्षमता को बढ़ाता है।

• शक्ति पुनर्वितरण: व्यक्तिगत उत्पादन स्टेशनों पर शक्ति विफलताओं की स्थिति में शक्ति आपूर्ति का पुनर्वितरण करने की अनुमति देता है, उपभोक्ताओं को निरंतर शक्ति आपूर्ति सुनिश्चित करता है।

• AC नेटवर्क समर्थन: एक रेक्टिफायर और एक से अधिक इन्वर्टर का उपयोग करके भारी लोड वाले AC नेटवर्कों को अतिरिक्त शक्ति प्रदान कर सकता है, जो अवरोध को कम करता है और ग्रिड की कुल प्रदर्शन को सुधारता है।

• लचीला शक्ति टैपिंग: नेटवर्क के भीतर एक से अधिक बिंदुओं पर शक्ति टैप करने की लचीलाता प्रदान करता है, विविध शक्ति आवश्यकताओं और वितरण आवश्यकताओं को समायोजित करता है।

MTDC प्रणालियों को दो प्राथमिक प्रकारों में विभाजित किया जा सकता है:

श्रृंखला MTDC प्रणाली

एक श्रृंखला MTDC विन्यस्ति में, एक विद्युत श्रृंखला परिपथ के जैसे एक से अधिक कन्वर्टर स्टेशन श्रृंखला में जुड़े होते हैं। इस सेटअप का एक परिभाषित विशेषता यह है कि प्रत्येक कन्वर्टर स्टेशन में बहने वाली धारा एक दूसरे से एक जैसी रहती है, क्योंकि इसे एक स्टेशन द्वारा सेट किया जाता है। हालांकि, वोल्टेज गिरावट श्रृंखला-संयुक्त नेटवर्क के बीच वितरित होती है, जहां प्रत्येक स्टेशन श्रृंखला-संयुक्त नेटवर्क के कुल वोल्टेज गिरावट का एक भाग अनुभव करता है।

श्रृंखला MTDC प्रणाली (जारी)