उच्च वोल्टेज सीधा धारा (HVDC) प्रणालीकरण

उच्च वोल्टेज सीधा धारा, जिसे आमतौर पर HVDC के रूप में संक्षिप्त किया जाता है, दूरस्थ शक्ति प्रसारण के लिए बहुत दक्ष विधि है, जो पारंपरिक विकल्पी धारा (AC) प्रसारण की तुलना में शक्ति की हानि को बहुत कम करती है। HVDC प्रणाली को विभिन्न ढाँचों में लागू किया जा सकता है, प्रत्येक विशिष्ट संचालन आवश्यकताओं के अनुसार उत्तरदायी रूप से डिजाइन किया गया है। यह लेख प्रमुख प्रकार के HVDC प्रणालीकरण का संक्षिप्त दृष्टिकोण प्रदान करता है।

बैक-टू-बैक HVDC प्रणाली

एक बैक-टू-बैक (B2B) HVDC ढाँचे में, कन्वर्टर के दो प्रमुख घटक, रेक्टिफायर और इनवर्टर, एक ही टर्मिनल स्टेशन में स्थित होते हैं। ये दो कन्वर्टर तत्व एक-दूसरे से सीधे बैक-टू-बैक जुड़े होते हैं। इस ढाँचे का प्राथमिक कार्य दो अलग-अलग AC शक्ति प्रणालियों को जोड़ना है। यह इसे पहले आने वाली AC शक्ति को रेक्टिफायर के माध्यम से DC में बदलकर और फिर इनवर्टर के माध्यम से DC शक्ति को फिर से AC में परिवर्तित करके प्राप्त करता है।

बैक-टू-बैक HVDC प्रणाली (जारी)

बैक-टू-बैक HVDC सेटअप एक एकल कमरे में स्थापित होता है और दो असिंक्रोनस AC शक्ति प्रणालियों को जोड़ने का काम करता है। रेक्टिफायर और इनवर्टर के सीधे बैक-टू-बैक जुड़े होने के कारण, DC प्रसारण लाइन की आवश्यकता नहीं होती। थायरिस्टरों की श्रृंखला में जोड़े गए संख्या को कम करने के लिए, मध्यवर्ती DC वोल्टेज को उद्देश्यपूर्वक एक कम स्तर पर रखा जाता है। इसके अलावा, इस ढाँचे 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 रूप से उपयोगी होती है:

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

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

दो-टर्मिनल HVDC प्रणाली

दो-टर्मिनल HVDC ढाँचे में, दो अलग-अलग टर्मिनल स्टेशन होते हैं, प्रत्येक को एक कन्वर्टर स्टेशन के रूप में कार्य करना होता है। एक स्टेशन में रेक्टिफायर होता है, जबकि दूसरे में इनवर्टर होता है। ये दो टर्मिनल HVDC प्रसारण लाइन द्वारा जुड़े होते हैं, जिससे दूरस्थ दूरी पर विद्युत शक्ति का कुशल प्रसारण संभव होता है। यह ढाँचा पारंपरिक AC प्रसारण की सीमाओं को दूर करने के लिए डिजाइन किया गया है, DC शक्ति के लाभों का उपयोग करके शक्ति की हानि को कम करता है और विशाल भौगोलिक क्षेत्रों पर प्रसारण की कुशलता को बढ़ाता है।

दो-टर्मिनल HVDC प्रणाली में दो बिंदुओं के बीच एक सीधा जुड़ाव होता है, जिसमें कोई समानांतर प्रसारण लाइन या प्रसारण लाइन पर बीच में कोई टैप नहीं होता। इस विशेषता के कारण इसे बिंदु-से-बिंदु शक्ति प्रसारण के रूप में भी जाना जाता है। यह दो भौगोलिक रूप से दूर स्थित स्थानों के बीच शक्ति आपूर्ति अनुप्रयोगों के लिए आदर्श है।

दो-टर्मिनल HVDC प्रणाली का एक उल्लेखनीय लाभ यह है कि इसके लिए HVDC सर्किट ब्रेकर की आवश्यकता नहीं होती। रखरखाव के दौरान या दोषों को साफ करते समय, AC तरफ के AC सर्किट ब्रेकर का उपयोग DC लाइन को डी-एनर्जाइज करने के लिए किया जा सकता है। DC सर्किट ब्रेकरों की तुलना में, AC सर्किट ब्रेकरों का डिजाइन सरल होता है और उनकी लागत 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 ढाँचा प्रतिनिधित्व करती है। यह दो से अधिक बिंदुओं के बीच कनेक्शन स्थापित करने के लिए कई प्रसारण लाइनों का उपयोग करती है। इस ढाँचे में कई टर्मिनल स्टेशन होते हैं, प्रत्येक के पास अपना स्वयं का कन्वर्टर होता है, जो एक HVDC प्रसारण लाइन नेटवर्क द्वारा जुड़े होते हैं। इस नेटवर्क में, कुछ कन्वर्टर AC शक्ति को DC में परिवर्तित करने के लिए रेक्टिफायर के रूप में कार्य करते हैं, जबकि अन्य लोग DC शक्ति को फिर से AC में परिवर्तित करके लोडों को वितरित करने के लिए इनवर्टर के रूप में कार्य करते हैं। MTDC प्रणाली का एक मौलिक सिद्धांत यह है कि रेक्टिफायर स्टेशनों द्वारा प्रदान की गई कुल शक्ति इनवर्टर (लोड) स्टेशनों द्वारा प्राप्त कुल शक्ति के बराबर होनी चाहिए, जिससे जुड़े हुए नेटवर्क में एक संतुलित और कुशल शक्ति प्रवाह सुनिश्चित होता है।

मल्टी-टर्मिनल DC (MTDC) प्रणाली (जारी)

MTDC नेटवर्क एक AC ग्रिड के समान लचीला होता है, लेकिन इसका एक विशेष लाभ यह है: DC वितरित नेटवर्क के भीतर शक्ति प्रवाह को नियंत्रित करने की क्षमता। हालांकि, इस विशिष्ट कार्यक्षमता की लागत यह है कि MTDC प्रणाली दो-टर्मिनल HVDC ढाँचे की तुलना में बहुत जटिल होती है।

एक MTDC ढाँचे में, AC तरफ के AC सर्किट ब्रेकरों पर निर्भर करना संभव नहीं है। दो-टर्मिनल प्रणाली की तुलना में, AC सर्किट ब्रेकर का उपयोग पूरे DC नेटवर्क को डी-एनर्जाइज कर देगा, बजाय दोष या रखरखाव आवश्यक लाइन को केवल अलग करने के। इस समस्या का समाधान करने के लिए, MTDC प्रणाली कई DC स्विचगियर घटकों, जैसे सर्किट ब्रेकरों की आवश्यकता होती है। इन विशेष डीसी सर्किट ब्रेकरों का डिजाइन ऐसे तरीके से किया गया है कि वे सुरक्षित रूप से सर्किटों को डी-एनर्जाइज कर सकें या रखरखाव कार्यों के दौरान या दोषों को साफ करते समय विशिष्ट विभागों को अलग कर सकें, जिससे नेटवर्क की स्थिरता और विश्वसनीयता सुनिश्चित होती है।

MTDC प्रणाली में प्रणाली का संतुलन बनाए रखना आवश्यक है। रेक्टिफायर स्टेशनों द्वारा प्रदान की गई कुल धारा इनवर्टर स्टेशनों द्वारा खपत की गई धारा के बराबर होनी चाहिए। जब किसी इनवर्टर स्टेशन से शक्ति की आवश्यकता में अचानक वृद्धि होती है, तो DC शक्ति उत्पादन को उसके अनुसार बढ़ाना आवश्यक होता है ताकि बढ़ी हुई लोड की मांग को पूरा किया जा सके। इस प्रक्रिया के दौरान, इसका निकट से निगरानी और नियंत्रण करना आवश्यक है, विशेष रूप से उपलब्ध वोल्टेज और इनवर्टरों के संचालन का, ताकि ओवरलोडिंग से बचा जा सके, जो प्रणाली की विफलता का कारण बन सकता है।

MTDC प्रणालियों की एक प्रमुख शक्ति यह है कि वे बलपूर्वक बंदी के दौरान विश्वसनीय होती हैं। यदि किसी उत्पादन स्टेशन पर अप्रत्याशित शक्ति विफलता होती है, तो प्रणाली शीघ्र ही वैकल्पिक कन्वर्टर स्टेशनों के माध्यम से शक्ति को फिर से रूट कर सकती है, जिससे समग्र शक्ति आपूर्ति को बाधा नहीं पहुंचती।

MTDC के अनुप्रयोग

• नवीकरणीय ऊर्जा एकीकरण: विभिन्न शक्ति ग्रिडों से डीसी-आधारित नवीकरणीय ऊर्जा खेतों को जोड़ने में सहायता करता है, साफ ऊर्जा के कुशल वितरण की अनुमति देता है।

• समुद्री तटीय वायु ऊर्जा: दूरस्थ समुद्री तटीय वायु ऊर्जा खेतों को तटीय शक्ति ग्रिड से जोड़ने की सुविधा प्रदान करता है, दूरस्थ स्थानों से बड़ी मात्रा में शक्ति के प्रसारण से संबंधित चुनौतियों को दूर करता है।

• बल्क शक्ति स्थानांतरण: विभिन्न दूरस्थ AC उत्पादन स्टेशनों से बड़े पैमाने पर शक्ति को अनेक लोड केंद्रों तक स्थानांतरित करने की अनुमति देता है, विशाल क्षेत्रों में शक्ति वितरण को अनुकूलित करता है।

• ग्रिड इंटरकनेक्शन: दो असिंक्रोनस AC शक्ति प्रणालियों के बीच इंटरकनेक्शन की सुविधा प्रदान करता है, ग्रिड स्थिरता और शक्ति एक्सचेंज क्षमताओं को बढ़ाता है।

• शक्ति पुनर्वितरण: व्यक्तिगत उत्पादन स्टेशनों पर शक्ति विफलता की स्थिति में शक्ति आपूर्ति को पुनर्वितरित करने की सुविधा प्रदान करता है, ग्राहकों को लगातार शक्ति आपूर्ति सुनिश्चित करता है।

• AC नेटवर्क समर्थन: एकल रेक्टिफायर और अनेक इनवर्टर का उपयोग करके AC ग्रिड में शक्ति इंजेक्ट करके भारी लोड वाले AC नेटवर्कों को अतिरिक्त शक्ति प्रदान करता है, जो अटकल और समग्र ग्रिड प्रदर्शन को सुधारता है।

• लचीला शक्ति टैपिंग: नेटवर्क के भीतर विभिन्न बिंदुओं पर शक्ति टैप करने की लचीलाता प्रदान करता है, विविध शक्ति मांग और वितरण की आवश्यकताओं के अनुकूल बनाता है।

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

श्रृंखला MTDC प्रणाली

एक श्रृंखला MTDC ढाँचे में, कई कन्वर्टर स्टेशन श्रृंखला में जुड़े होते हैं, जैसे एक विद्युतीय श्रृंखला सर्किट के घटक। इस ढाँचे की एक परिभाषित विशेषता यह है कि प्रत्येक कन्वर्टर स्टेशन से गुजरने वाली धारा समान रहती है, क्योंकि यह एक स्टेशन द्वारा सेट की जाती है। हालांकि, वोल्टेज गिरावट श्रृंखला-जुड़े नेटवर्क में कन्वर्टर स्टेशनों के बीच वितरित होती है, जिसमें प्रत्येक स्टेशन कुल वोल्टेज गिरावट का एक हिस्सा अनुभव करता है।

श्रृंखला MTDC प्रणाली (जारी)

श्रृंखला MTDC प्रणाली दो-टर्मिनल HVDC प्रणाली का विस्तारित संस्करण मानी जा सकती है, जिसमें श्रृंखला में जुड़े कई कन्वर्टर स्टेशन शामिल होते हैं, जैसा कि साथ दिए गए आरेख में दिखाया गया है। आम तौर पर, श्रृंखला MTDC ढाँचे में प्रयोग किए जाने वाले कन्वर्टर स्टेशनों की