FACTS क्या हैं और उनकी विद्युत प्रणालियों में आवश्यकता क्यों है?
FACTS (Flexible Alternating Current Transmission System) एक पावर इलेक्ट्रोनिक्स-आधारित प्रणाली है जो स्थिर उपकरणों का उपयोग करके AC ट्रांसमिशन नेटवर्कों की पावर ट्रांसफर क्षमता और नियंत्रण क्षमता को बढ़ाती है।
ये पावर इलेक्ट्रोनिक्स उपकरण पारंपरिक AC ग्रिड में एकीकृत किए जाते हैं ताकि महत्वपूर्ण प्रदर्शन मापदंडों, जिनमें शामिल हैं:
पावर इलेक्ट्रोनिक्स स्विचों के आगमन से पहले, रिएक्टिव पावर असंतुलन और स्थिरता जैसी समस्याओं को कैपेसिटर, रिएक्टर, या सिंक्रोनस जेनरेटर को जोड़ने के लिए मैकेनिकल स्विचों का उपयोग किया जाता था। हालांकि, मैकेनिकल स्विचों के कई महत्वपूर्ण दोष थे: धीमा प्रतिक्रिया समय, मैकेनिकल धातुच्छेदन और गरीब विश्वसनीयता—जो ट्रांसमिशन लाइनों के नियंत्रण और स्थिरता को अनुकूलित करने में उनकी प्रभावशीलता को सीमित करते थे।
उच्च वोल्टेज पावर इलेक्ट्रोनिक्स स्विचों (जैसे, थायरिस्टर) का विकास FACTS नियंत्रकों के निर्माण को संभव बनाया, जिससे AC ग्रिड प्रबंधन का एक क्रांति आई।
पावर सिस्टम में FACTS उपकरणों की आवश्यकता क्यों है?
एक स्थिर पावर सिस्टम में उत्पादन और मांग के बीच सटीक समन्वय की आवश्यकता होती है। जैसे-जैसे बिजली की मांग बढ़ती है, सभी नेटवर्क घटकों की दक्षता को अधिकतम करना आवश्यक होता है—और FACTS उपकरण इस अनुकूलन में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं।
विद्युत पावर तीन प्रकारों में वर्गीकृत होता है: एक्टिव पावर (अंतिम उपयोग के लिए उपयोगी/सच्चा पावर), रिएक्टिव पावर (लोड में ऊर्जा-संचयी तत्वों द्वारा उत्पन्न), और अपारेंट पावर (एक्टिव और रिएक्टिव पावर का सदिश योग)। रिएक्टिव पावर, जो इंडक्टिव या कैपेसिटिव हो सकता है, को ट्रांसमिशन लाइनों में फ्लो करने से रोकने के लिए संतुलित किया जाना चाहिए—अनियंत्रित रिएक्टिव पावर नेटवर्क की एक्टिव पावर ट्रांसफर क्षमता को कम कर देता है।
इसलिए, रिएक्टिव पावर को संतुलित करने की तकनीकें (इंडक्टिव और कैपेसिटिव रिएक्टिव पावर को आपूर्ति या अवशोषण करके) बहुत महत्वपूर्ण हैं। ये तकनीकें पावर गुणवत्ता को सुधारती हैं और ट्रांसमिशन दक्षता को बढ़ाती हैं।
संतुलन तकनीकों के प्रकार
संतुलन तकनीकों को उपकरणों को पावर सिस्टम से कैसे जोड़ा जाता है, इसके आधार पर वर्गीकृत किया जाता है:
1. सीरीज संतुलन
सीरीज संतुलन में, FACTS उपकरण ट्रांसमिशन नेटवर्क के साथ श्रृंखला में जोड़े जाते हैं। ये उपकरण आमतौर पर चर इम्पीडेंस (जैसे, कैपेसिटर या इंडक्टर) के रूप में कार्य करते हैं, जिनमें सीरीज कैपेसिटर सबसे आम हैं।
यह विधि EHV (Extra High Voltage) और UHV (Ultra High Voltage) ट्रांसमिशन लाइनों में व्यापक रूप से उपयोग की जाती है ताकि उनकी पावर ट्रांसफर क्षमता में महत्वपूर्ण सुधार हो सके।
किसी ट्रांसमिशन लाइन की पावर ट्रांसफर क्षमता जब कोई संतुलन उपकरण नहीं उपयोग किया जाता है;
जहाँ,
V1 = भेजने वाले छोर का वोल्टेज
V2 = प्राप्त करने वाले छोर का वोल्टेज
XL = ट्रांसमिशन लाइन का इंडक्टिव रिएक्टेंस
δ = V1 और V2 के बीच का फेज कोण
P = प्रति फेज ट्रांसफर किया गया पावर
अब, हम एक कैपेसिटर को ट्रांसमिशन लाइन के साथ श्रृंखला में जोड़ते हैं। इस कैपेसिटर का कैपेसिटिव रिएक्टेंस XC है। इसलिए, कुल रिएक्टेंस XL-XC होता है। इसलिए, एक संतुलन उपकरण के साथ, पावर ट्रांसफर क्षमता निम्न द्वारा दी जाती है;
कारक k को संतुलन कारक या संतुलन की डिग्री के रूप में जाना जाता है। आमतौर पर, k का मान 0.4 से 0.7 के बीच होता है। चलिए मान लें कि k का मान 0.5 है।
इस प्रकार, स्पष्ट है कि सीरीज संतुलन उपकरणों का उपयोग लगभग 50% तक पावर ट्रांसफर क्षमता में वृद्धि कर सकता है। जब सीरीज कैपेसिटरों का उपयोग किया जाता है, तो वोल्टेज और करंट के बीच का फेज कोण (δ) एक असंतुलित लाइन की तुलना में छोटा होता है। एक छोटा δ मान सिस्टम की स्थिरता को बढ़ाता है—यानी, समान पावर ट्रांसफर खंड और समान भेजने वाले और प्राप्त करने वाले छोर के पैरामीटरों के लिए, एक संतुलित लाइन एक असंतुलित लाइन की तुलना में बहुत अधिक स्थिरता प्रदान करती है।
शंट संतुलन
उच्च वोल्टेज ट्रांसमिशन लाइन में, प्राप्त करने वाले छोर के वोल्टेज का परिमाण लोडिंग स्थिति पर निर्भर करता है। कैपेसिटेंस उच्च वोल्टेज ट्रांसमिशन लाइन में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है।
जब एक ट्रांसमिशन लाइन लोडित होती है, तो लोड रिएक्टिव पावर की आवश्यकता करता है, जो पहले लाइन की आंतरिक कैपेसिटेंस द्वारा आपूर्ति की जाती है। हालांकि, जब लोड SIL (सर्ज इम्पीडेंस लोडिंग) से अधिक हो जाता है, तो बढ़ी हुई रिएक्टिव पावर की मांग प्राप्त करने वाले छोर पर एक महत्वपूर्ण वोल्टेज गिरावट का कारण बनती है।
इस समस्या को सुलझाने के लिए, कैपेसिटर बैंकों को प्राप्त करने वाले छोर पर ट्रांसमिशन लाइन के साथ समानांतर जोड़ा जाता है। ये बैंक अतिरिक्त रिएक्टिव पावर की आपूर्ति करते हैं, जिससे प्राप्त करने वाले छोर पर वोल्टेज गिरावट को प्रभावी रूप से कम किया जा सकता है।
लाइन कैपेसिटेंस में वृद्धि प्राप्त करने वाले छोर के वोल्टेज में वृद्धि का कारण बनती है।
जब एक ट्रांसमिशन लाइन हल्की लोडित होती है (यानी, लोड SIL से नीचे है), तो रिएक्टिव पावर की मांग लाइन की कैपेसिटेंस द्वारा उत्पन्न रिएक्टिव पावर से कम होती है। इस स्थिति में, प्राप्त करने वाले छोर का वोल्टेज भेजने वाले छोर के वोल्टेज से अधिक हो जाता है—जिसे फेरांती प्रभाव के रूप में जाना जाता है।
इस समस्या को रोकने के लिए, शंट रिएक्टरों को प्राप्त करने वाले छोर पर ट्रांसमिशन लाइन के साथ समानांतर जोड़ा जाता है। ये रिएक्टर लाइन से अतिरिक्त रिएक्टिव पावर को अवशोषित करते हैं, जिससे प्राप्त करने वाले छोर का वोल्टेज अपने रेटेड मान पर रहता है।
