ہائی وولٹ جریان مستقیم (HVDC) سسٹم کی ترتیبات

ہائی وولٹ جریان مستقیم، عام طور پر HVDC کے نام سے جانا جاتا ہے، یہ لمبی دوڑ میں بجلی کے منتقل کرنے کا بہت موثر طریقہ ہے، جس میں روایتی متبادل جریان (AC) کے منتقل کرنے کے مقابلے میں بجلی کی کھوئی ہوئی مقدار کم ہوتی ہے۔ HVDC سسٹم مختلف ترتیبات میں لگایا جا سکتا ہے، ہر ایک خاص آپریشنل ضروریات کے مطابق ڈیزائن کیا گیا ہوتا ہے۔ یہ مضمون HVDC سسٹم کی بنیادی قسم کی مختصر جائزہ فراہم کرتا ہے۔

بیک-ٹو-بیک HVDC سسٹمز

بیک-ٹو-بیک (B2B) HVDC کی ترتیبات میں، کنورٹر کے کلیدی حصے جسے ریکٹیفائر اور انورٹر کہا جاتا ہے، ایک ہی ٹرمینل اسٹیشن میں رکھے جاتے ہیں۔ یہ دو کنورٹر عناصر ایک دوسرے کے ساتھ بیک-ٹو-بیک طور پر منسلک ہوتے ہیں۔ اس ترتیبات کا اصل مقصد دو الگ AC بجلی کے نظام کو جوڑنا ہوتا ہے۔ یہ اس کا کام کرتا ہے کہ پہلے آمدی AC بجلی کو ریکٹیفائر کے ذریعے DC میں تبدیل کرتا ہے اور پھر فوراً انورٹر کے ذریعے DC بجلی کو واپس AC میں تبدیل کرتا ہے۔

بیک-ٹو-بیک HVDC سسٹمز (جاری)

بیک-ٹو-بیک HVDC سیٹ آپ صرف ایک ہی روم میں نصب ہوتا ہے اور دو غیر متناسب AC بجلی کے نظام کو جوڑنے کا کام کرتا ہے۔ ریکٹیفائر اور انورٹر کے درمیان بیک-ٹو-بیک منسلک ہونے کی وجہ سے، DC منتقل کرنے کی لائن کی ضرورت نہیں ہوتی۔ تھریسٹروں کی سیریز میں منسلک ہونے والی تعداد کو کم کرنے کے لیے، درمیانی DC ولٹیج عمداً کم سطح پر رکھی جاتی ہے۔ اس کے علاوہ، یہ ترتیب کا کرنٹ ریٹنگ کئی ہزار امپیئرز تک پہنچ سکتا ہے۔

اس قسم کا HVDC سسٹم نیچے دیے گئے سناریوز میں دو غیر متناسب AC بجلی کے نظام کو جوڑنے کے لیے خاص طور پر مفید ہوتا ہے:

• جب دونوں AC نظام یا بجلی کے شبکے مختلف فریکوئنسیوں پر چلتے ہیں۔

• جب دونوں نظام ایک ہی فریکوئنسی پر چلتے ہیں لیکن ان کے درمیان فیز کا فرق ہوتا ہے۔

دو ٹرمینل HVDC سسٹم

دو ٹرمینل HVDC کی ترتیبات میں، دو الگ ٹرمینل اسٹیشن ہوتے ہیں، ہر ایک کنورٹر اسٹیشن کی کام کرتا ہے۔ ایک اسٹیشن میں ریکٹیفائر ہوتا ہے، جبکہ دوسرا انورٹر ہوتا ہے۔ ان دو ٹرمینلوں کو ایک HVDC منتقل کرنے کی لائن سے منسلک کیا جاتا ہے، جس سے لمبی دوڑ میں بجلی کے منتقل کرنے کی کارکردگی بہتر ہوتی ہے۔ یہ ترتیب روایتی AC منتقل کرنے کی محدودیتوں کو دور کرنے کے لیے ڈیزائن کی گئی ہے، DC بجلی کے فوائد کا استعمال کرتے ہوئے بجلی کی کھوئی ہوئی مقدار کو کم کرتی ہے اور وسیع جغرافیائی علاقوں پر منتقل کرنے کی کارکردگی کو بہتر بناتی ہے۔

دو ٹرمینل HVDC سسٹم میں دونوں نقاط کے درمیان مستقیم رابطہ ہوتا ہے بغیر کسی متوازی منتقل کرنے کی لائن یا منتقل کرنے کی لائن کے درمیان کسی بھی درمیانی ٹیپ کے بغیر۔ اس خصوصیت کی وجہ سے اسے البٹہ-ٹو-البٹہ بجلی کے منتقل کرنے کا نام دیا گیا ہے۔ یہ جغرافیائی طور پر دور دراز دو مقامات کے درمیان بجلی کے فراہم کرنے کے لیے مثالی ہے۔

دو ٹرمینل HVDC سسٹم کی نمایاں فضیلت یہ ہے کہ اسے HVDC سرکٹ بریکر کی ضرورت نہیں ہوتی۔ مینٹیننس کے دوران یا فلٹ کو صاف کرنے کے دوران، AC جانب کے AC سرکٹ بریکروں کو استعمال کیا جا سکتا ہے تاکہ DC لائن کو انرجائز کر دیا جا سکے۔ DC سرکٹ بریکروں کے مقابلے میں AC سرکٹ بریکروں کا ڈیزائن سادہ ہوتا ہے اور ان کی قیمت کم ہوتی ہے، جس سے دو ٹرمینل HVDC سسٹم زیادہ معیشتی اور مینٹین کرنے میں آسان ہوتا ہے۔

میلٹی ٹرمینل DC (MTDC) سسٹم

میلٹی ٹرمینل DC (MTDC) سسٹم ایک مزید مختلط HVDC کی ترتیبات کا نمائندہ ہے۔ یہ دو سے زیادہ نقاط کے درمیان رابطہ قائم کرنے کے لیے متعدد منتقل کرنے کی لائنیں استعمال کرتا ہے۔ یہ ترتیب کئی ٹرمینل اسٹیشن پر مشتمل ہوتی ہے، ہر ایک کے پاس اپنا کنورٹر ہوتا ہے، جو تمام ایک HVDC منتقل کرنے کی لائن کے شبکے سے منسلک ہوتے ہیں۔ اس شبکے کے اندر، کچھ کنورٹروں کا کام ریکٹیفائر کے طور پر ہوتا ہے، AC بجلی کو DC میں تبدیل کرتا ہے، جبکہ دیگر انورٹر کے طور پر کام کرتے ہیں، DC بجلی کو واپس AC میں تبدیل کرتے ہیں تاکہ لوڈ کو تقسیم کیا جا سکے۔ MTDC سسٹم کا بنیادی اصول یہ ہے کہ ریکٹیفائر اسٹیشنوں سے فراہم کی گئی کل بجلی کی مقدار انورٹر (لوڈ) اسٹیشنوں کے ذریعے دریافت شدہ کل بجلی کی مقدار کے برابر ہونی چاہئے، تاکہ مربوط شبکے کے درمیان کارکردگی کو بہتر بنایا جا سکے۔

میلٹی ٹرمینل DC (MTDC) سسٹم (جاری)

MTDC شبکہ آرکیٹیکچر کے لحاظ سے ایک AC شبکہ کے مماثل ہے، لیکن اس کی ایک منحصر کی فضیلت یہ ہے کہ یہ DC تقسیم کیے گئے شبکے کے اندر بجلی کے فلو کو کنٹرول کرنے کی صلاحیت رکھتا ہے۔ تاہم، یہ مزید فنکاری کی قیمت پر آتی ہے، جس سے MTDC سسٹم دو ٹرمینل HVDC کی ترتیبات کے مقابلے میں مزید پیچیدہ ہوتا ہے۔

MTDC سیٹ آپ میں، AC جانب کے AC سرکٹ بریکروں پر انحصار کرنا مناسب نہیں ہوتا۔ دو ٹرمینل سسٹم کے مقابلے میں، AC سرکٹ بریکر کا استعمال کل DC شبکہ کو انرجائز کرے گا نہ کہ صرف فلٹ یا مینٹیننس کی ضرورت والی لائن کو الگ کرے گا۔ اس کے حل کے لیے، MTDC سسٹم کو متعدد DC سوچ گیار کمپوننٹس کی ضرورت ہوتی ہے، جیسے سرکٹ بریکروں کی۔ ان مخصوص DC سرکٹ بریکروں کو سیفٹی سے سرکٹ کو انرجائز کرنے یا مینٹیننس کے دوران یا فلٹ کو صاف کرنے کے دوران مخصوص حصوں کو الگ کرنے کے لیے ڈیزائن کیا گیا ہے، تاکہ شبکے کی استحکام اور قابلیت کو یقینی بنایا جا سکے۔

MTDC سسٹم میں سسٹم کی توازن کو برقرار رکھنا ضروری ہے۔ ریکٹیفائر اسٹیشنوں سے فراہم کی گئی کل کرنٹ کا مقدار انورٹر اسٹیشنوں کی جانب سے کنٹرول کی جانے والی کرنٹ کے مقدار کے برابر ہونا چاہئے۔ جب کسی انورٹر اسٹیشن کی طرف سے بجلی کی مقدار کی طلب میں اچانک اضافہ ہوتا ہے تو، DC بجلی کی آؤٹ پٹ کو متعلقہ لوڈ کی مقدار کو پورا کرنے کے لیے محفوظ طور پر بڑھا دیا جانا چاہئے۔ اس عمل کے دوران، فراہم کی گئی ولٹیج اور انورٹروں کے آپریشن کو نگرانی کرنے اور کنٹرول کرنے کی ضرورت ہوتی ہے تاکہ اوور لودنگ کو روکا جا سکے جو سسٹم کی فیلر کا باعث بنتا ہے۔

MTDC سسٹموں کی ایک بنیادی قوت یہ ہے کہ وہ مجبوری بند ہونے کے دوران بھی قابلِ اعتماد ہوتے ہیں۔ کسی بھی پیداوار کے اسٹیشن کے غیر متوقع بجلی کی فیلر کے دوران، سسٹم تیزی سے بجلی کو دیگر کنورٹر اسٹیشنوں کے ذریعے دوبارہ روت کر سکتا ہے، کل بجلی کی فراہمی کی تشدد کو کم کرتا ہے۔

MTDC کے اطلاق

• قابل تجدید توانائی کی تکامل: متعدد DC مبنی قابل تجدید توانائی کے فارم کو مختلف بجلی کے شبکوں سے منسلک کرنے کی سہولت فراہم کرتا ہے، کلن اینرجی کی موثر تقسیم کو ممکن بناتا ہے۔

• بحری ہوائی توانائی: متعدد بحری ہوائی فارم کو ساحلی بجلی کے شبکے سے منسلک کرنے کی سہولت فراہم کرتا ہے، دور دراز بحری مقامات سے بڑی مقدار میں بجلی کو منتقل کرنے کے متعلق مسائل کو دفع کرتا ہے۔

• بڑی مقدار میں بجلی کا منتقل کرنا: متعدد دور دراز AC پیداوار کے اسٹیشنوں سے متعدد لوڈ مرکزوں تک بڑی مقدار میں بجلی کو منتقل کرنے کی اجازت دیتی ہے، وسیع علاقوں پر بجلی کی تقسیم کو بہتر بناتا ہے۔

• شبکہ کا جوڑ: دو غیر متناسب AC بجلی کے نظام کو جوڑنے کی اجازت دیتی ہے، شبکے کی استحکام اور بجلی کے تبادلے کی صلاحیتوں کو بہتر بناتا ہے۔

• بجلی کی فراہمی کا نیا تخصیص: کسی بھی پیداوار کے اسٹیشن کی طرف سے بجلی کی فیلر کے دوران، مصرف کنندگان کو مسلسل بجلی کی فراہمی کی یقینیت دیتی ہے۔

• AC شبکے کی مدد: ایک سریکٹیفائر اور متعدد انورٹروں کا استعمال کرتے ہوئے AC شبکے میں بجلی کو شامل کرنے کے ذریعے زیادہ لوڈ والے AC شبکوں کو اضافی بجلی فراہم کرتا ہے، کنگسیشن کو کم کرتا ہے اور کلیہ شبکے کی کارکردگی کو بہتر بناتا ہے۔

• میلٹی پوائنٹ پاور ٹیپنگ: شبکے کے اندر متعدد نقاط پر بجلی کو ٹیپ کرنے کی مفاہمت فراہم کرتا ہے، مختلف بجلی کی مطالبہ اور تقسیم کی ضروریات کو میلان کرتا ہے۔

MTDC سسٹمز کو دو اہم قسموں میں تقسیم کیا جا سکتا ہے:

سیریز MTDC سسٹم

سیریز MTDC کی ترتیبات میں، متعدد کنورٹر اسٹیشن سیریز میں منسلک ہوتے ہیں، جیسے کہ الیکٹریکل سیریز کرکٹ کے حصے کی طرح۔ یہ ترتیب کی ایک تعریفی خصوصیت یہ ہے کہ ہر کنورٹر اسٹیشن کے ذریعے گذرنے والی کرنٹ کا مقدار یکساں ہوتا ہے، کیونکہ یہ ایک اسٹیشن کے ذریعے تعین کی جاتی ہے۔ تاہم، ولٹیج ڈروب کنورٹر اسٹیشنوں کے درمیان تقسیم ہوتا ہے، ہر اسٹیشن کو سیریز منسلک شبکے کے کل ولٹیج ڈروب کا ایک حصہ حاصل ہوتا ہے۔

سیریز MTDC سسٹم (جاری)

سیریز MTDC سسٹم کو دو ٹرمینل HVDC سسٹم کا ممتد شدہ نسخہ سمجھا جا سکتا ہے، جس میں متعدد کنورٹر اسٹیشن سیریز میں منسلک ہوتے ہیں، جیسے کہ ملحقہ دائرے میں دکھایا گیا ہے۔ عام طور پر، سیریز MTDC سیٹ آپ میں استعمال ہونے والے کنورٹر اسٹیشن پیریلیل MTDC سسٹم میں استعمال ہونے والے کنورٹر اسٹیشن کے مقابلے میں کم سنجامی ہوتے ہیں۔

یہ سسٹم عام طور پر مونوپولر DC لنک کا استعمال کرتا ہے، جہاں DC لائن صرف ایک مخصوص نقطہ پر گراؤنڈ ہوتی ہے۔ انتقالی الیکٹریکل سرجن کے خلاف حفاظت کے لیے، لائن کے دیگر نقاط پر گراؤنڈنگ کیپیسٹر نصب کیا جا سکتا ہے۔

سیریز MTDC سسٹم میں ہر اسٹیشن پر مختلف DC ولٹیجوں کی وجہ سے انسلیشن کی تنظیم کا بہت بڑا چیلنج ہوتا ہے۔ سیریز MTDC سسٹم میں بجلی کے فلو کنٹرول کا مکینزم پیریلیل MTDC سسٹم کے مقابلے میں مزید پیچیدہ ہوتا ہے۔ پیریلیل MTDC سسٹم میں، بجلی کے فلو کو مخصوص لائن میں کرنٹ کو متعین کرنے کے ذریعے کنٹرول کیا جا سکتا ہے، جبکہ سیریز MTDC سسٹم میں، بجلی کے فلو کو ہر ٹرمینل اسٹیشن پر ولٹیج کو متعین کرنے کے ذریعے کنٹرول کیا جاتا ہے۔

سیریز MTDC سسٹم میں بجلی کے فلو کو الٹنے کا کام وولٹیج سرس کنورٹروں (VSC) اور کرنٹ سرس کنورٹروں (CSC) دونوں کا استعمال کرتے ہوئے آسانی سے کیا جا سکتا ہے۔ تاہم، کسی لائن کے لیے فلٹ یا منسلک کی ضرورت کے دوران، پورا DC شبکہ بلا بجلی ہو جائے گا۔ دو ٹرمینل HVDC سسٹم کی طرح، DC شبکہ کو انرجائز کرنے کے لیے AC جانب کے سرکٹ بریکروں کا استعمال کیا جاتا ہے۔ سیریز MTDC سسٹم کو وسعت دینے کا کام بھی مشکلات کا سامنا کرتا ہے۔ نئے ٹرمینل اسٹیشن کو نصب کرنے کے لیے، نیٹ ورک کو مکمل طور پر بلا بجلی کرنا ہوتا ہے، کیونکہ DC شبکے کو نصب کرنے کے نقطہ پر تقسیم کرنا ہوتا ہے، جس سے پاس کے تمام اسٹیشنوں کو بجلی کی فراہمی کو روک دیا جاتا ہے۔

پیریلیل MTDC سسٹم

پیریلیل MTDC سسٹم میں، متعدد کنورٹر اسٹیشن جو انورٹر یا لوڈ اسٹیشن کے طور پر کام کرتے ہیں، ایک واحد کنورٹر اسٹیشن کے ساتھ منسلک ہوتے ہیں جو ریکٹیفائر کے طور پر کام کرتا ہے۔ یہ ریکٹیفائر اسٹیشن پورے DC شبکے کو بجلی فراہم کرتا ہے۔ الیکٹریکل پیریلیل کرکٹ کی طرح، ہر انورٹر یا لوڈ اسٹیشن پر ولٹیج یکساں رہتا ہے، جس کی قیمت ایک کنورٹر اسٹیشن کے ذریعے متعین کی جاتی ہے۔ اس کے مقابلے میں، کرنٹ کی فراہمی ہر اسٹیشن کی طاقت کی مطالبہ کے مطابق تبدیل ہوتی ہے۔ ہر لوڈ اسٹیشن کی طاقت کی مطالبہ کے مطابق کرنٹ کو متحرک طور پر متعین کیا جاتا ہے۔ عام طور پر، پیریلیل MTDC سسٹم میں ٹرمینل اسٹیشنوں کی سنجامیت سیریز MTDC شبکے کے مقابلے میں زیادہ ہوتی ہے۔

پیریلیل MTDC سسٹم (جاری)

پیریلیل MTDC سسٹم میں بجلی کے فلو کو الٹنے کا کام ولٹیج کو الٹنے یا کرنٹ کو الٹنے کے طریقے سے کیا جا سکتا ہے۔ جب ولٹیج کو الٹنے کا طریقہ استعمال کیا جاتا ہے، جو عام طور پر کرنٹ سرس کنورٹروں (CSC) پر مبنی ٹرمینل اسٹیشنوں کے ساتھ منسلک ہوتا ہے، تو یہ تمام کنورٹروں پر اثر ڈالتا ہے۔ اس کے نتیجے میں، یہ کنورٹروں کے درمیان بہت مہارت سے کنٹرول اور کمیونیکیشن کا نظام لگایا جانے کی ضرورت ہوتی ہے۔ دوسری طرف، اگر بجلی کے فلو کو الٹنے کا کام کرنٹ کو الٹنے کے طریقے سے کیا جاتا ہے، جو عام طور پر ولٹیج سرس کنورٹروں (VSC) پر مبنی ٹرمینل اسٹیشنوں کے ساتھ منسلک ہوتا ہے، تو یہ کام کہیں زیادہ آسانی سے کیا جا سکتا ہے۔ یہ VSC کو CSC کے مقابلے میں پیریلیل MTDC سسٹم میں استعمال کرنے کی بنیادی وجہ ہے۔