FACTS क्या हैं र उनकी पावर सिस्टममा आवश्यकता क्यों हो?

FACTS (Flexible Alternating Current Transmission System) एक पावर इलेक्ट्रोनिक्स-आधारित प्रणाली है जो स्थिर उपकरणों का उपयोग करते हुए AC ट्रांसमिशन नेटवर्क्स की पावर ट्रांसफर क्षमता और नियंत्रण क्षमता को बढ़ाती है।

इन पावर इलेक्ट्रोनिक उपकरणों को पारंपरिक AC ग्रिड में एकीकृत किया जाता है ताकि निम्नलिखित महत्वपूर्ण प्रदर्शन मापदंडों को बढ़ाया जा सके:

• ट्रांसमिशन लाइनों की पावर ट्रांसफर क्षमता

• वोल्टेज स्थिरता और अस्थायी स्थिरता

• वोल्टेज नियंत्रण परिशुद्धता

• सिस्टम की विश्वसनीयता

• ट्रांसमिशन इन्फ्रास्ट्रक्चर की थर्मल सीमाएँ

पावर इलेक्ट्रोनिक स्विचों के आगमन से पहले, रिएक्टिव पावर असंतुलन और स्थिरता जैसी समस्याओं को मैकेनिकल स्विचों का उपयोग करके कैपेसिटर, रिएक्टर, या सिंक्रोनस जनरेटरों को जोड़कर संबोधित किया जाता था। हालांकि, मैकेनिकल स्विचों के दो महत्वपूर्ण दोष थे: धीमी प्रतिक्रिया समय, मैकेनिकल खराबी और खराब विश्वसनीयता—जो ट्रांसमिशन लाइनों की नियंत्रण और स्थिरता को अनुकूलित करने में उनकी प्रभावशीलता को सीमित करते थे।

उच्च वोल्टेज पावर इलेक्ट्रोनिक स्विचों (जैसे, थायरिस्टर) के विकास ने FACTS नियंत्रकों के निर्माण को संभव बनाया, जिससे AC ग्रिड प्रबंधन में क्रांति आई।

पावर सिस्टम में FACTS उपकरणों की आवश्यकता क्यों होती है?

एक स्थिर पावर सिस्टम के लिए उत्पादन और मांग के बीच सटीक समन्वय आवश्यक होता है। जैसे-जैसे विद्युत 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 शक्ति को तीन प्रकारों में वर्गीकृत किया जाता है: सक्रिय शक्ति (अंतिम उपयोग के लिए उपयोगी/सच्ची शक्ति), रिएक्टिव शक्ति (भार में ऊर्जा-संचयी तत्वों के कारण), और दृश्य शक्ति (सक्रिय और रिएक्टिव शक्ति का सदिश योग)। रिएक्टिव शक्ति, जो इंडक्टिव या कैपेसिटिव हो सकती है, को ट्रांसमिशन लाइनों में बिना नियंत्रण के प्रवाहित होने से रोकना आवश्यक होता है—अनियंत्रित रिएक्टिव शक्ति नेटवर्क की सक्रिय शक्ति प्रसारण की क्षमता को कम कर देती है।

तथ्यात्मक तकनीकें (इंडक्टिव और कैपेसिटिव रिएक्टिव शक्ति को संतुलित करने के लिए इसे आपूर्ति या अवशोषण करना) इसलिए महत्वपूर्ण हैं। ये तकनीकें पावर गुणवत्ता को सुधारती हैं और प्रसारण दक्षता को बढ़ाती हैं।

तकनीकों के प्रकार

तकनीकों को उपकरणों को पावर सिस्टम से कैसे जोड़ा जाता है, इसके आधार पर वर्गीकृत किया जाता है:

1. श्रृंखला तकनीक

श्रृंखला तकनीक में, FACTS उपकरण ट्रांसमिशन नेटवर्क के साथ श्रृंखला में जोड़े जाते हैं। इन उपकरणों का आम तौर पर चर इम्पीडेंस (जैसे, कैपेसिटर या इंडक्टर) के रूप में कार्य किया जाता है, जिसमें श्रृंखला कैपेसिटर सबसे आम है।

यह विधि EHV (Extra High Voltage) और UHV (Ultra High Voltage) ट्रांसमिशन लाइनों में उनकी पावर ट्रांसफर क्षमता को बहुत बढ़ाने के लिए व्यापक रूप से उपयोग की जाती है।

किसी ट्रांसमिशन लाइन की पावर ट्रांसफर क्षमता बिना किसी कंपनेशन उपकरण के;

जहाँ,

• V₁ = प्रसारण छोर का वोल्टेज

• V₂ = प्राप्ति छोर का वोल्टेज

• X_L = ट्रांसमिशन लाइन का इंडक्टिव रिएक्टेंस

• δ = V₁ और V₂ के बीच का फेज कोण

• P = प्रति फेज पावर ट्रांसफर

अब, हम एक कैपेसिटर को ट्रांसमिशन लाइन के साथ श्रृंखला में जोड़ते हैं। इस कैपेसिटर का कैपेसिटिव रिएक्टेंस XC है। तो, कुल रिएक्टेंस XL-XC है। इसलिए, कंपनेशन उपकरण के साथ, पावर ट्रांसफर क्षमता दी गई है;

कारक k को कंपनेशन कारक या कंपनेशन की डिग्री के रूप में जाना जाता है। आमतौर पर, k का मान 0.4 से 0.7 के बीच होता है। मान लीजिए k का मान 0.5 है।

इस प्रकार, यह स्पष्ट है कि श्रृंखला कंपनेशन उपकरणों का उपयोग लगभग 50% तक पावर ट्रांसफर क्षमता को बढ़ा सकता है। जब श्रृंखला कैपेसिटर उपयोग किए जाते हैं, तो वोल्टेज और करंट के बीच का फेज कोण (δ) एक अकंपनित लाइन की तुलना में छोटा होता है। छोटा δ मान प्रणाली की स्थिरता को बढ़ाता है—यानी, समान पावर ट्रांसफर आयतन और समान प्रसारण-छोर और प्राप्ति-छोर के पैरामीटरों के लिए, एक कंपनित लाइन एक अकंपनित लाइन की तुलना में बहुत बेहतर स्थिरता प्रदान करती है।

शंकु तकनीक

एक उच्च वोल्टेज ट्रांसमिशन लाइन में, प्राप्ति छोर के वोल्टेज का परिमाण लोडिंग स्थिति पर निर्भर करता है। कैपेसिटेंस उच्च वोल्टेज ट्रांसमिशन लाइन में महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है।

जब एक ट्रांसमिशन लाइन लोडित होती है, तो लोड रिएक्टिव पावर की आवश्यकता होती है, जो शुरू में लाइन की आंतरिक कैपेसिटेंस द्वारा आपूर्ति की जाती है। हालांकि, जब लोड SIL (सर्ज इम्पीडेंस लोडिंग) से अधिक हो जाती है, तो बढ़ी हुई रिएक्टिव पावर की मांग प्राप्ति छोर पर महत्वपूर्ण वोल्टेज गिरावट का कारण बनती है।

इस समस्या को समाधान करने के लिए, कैपेसिटर बैंकों को ट्रांसमिशन लाइन के प्राप्ति छोर पर समानांतर रूप से जोड़ा जाता है। ये बैंक अतिरिक्त रिएक्टिव पावर की आपूर्ति करते हैं, जिससे प्राप्ति छोर पर वोल्टेज गिरावट को प्रभावी रूप से कम किया जाता है।

लाइन कैपेसिटेंस में वृद्धि प्राप्ति छोर वोल्टेज में वृद्धि का कारण बनती है।

जब एक ट्रांसमिशन लाइन हल्की लोडित होती है (यानी, लोड SIL से नीचे होती है), तो रिएक्टिव पावर की मांग लाइन की कैपेसिटेंस द्वारा उत्पन्न रिएक्टिव पावर से कम होती है। इस स्थिति में, प्राप्ति छोर वोल्टेज प्रसारण छोर वोल्टेज से अधिक हो जाती है—जिसे फेरांटी प्रभाव के रूप में जाना जाता है।

इसे रोकने के लिए, शंकु रिएक्टरों को ट्रांसमिशन लाइन के प्राप्ति छोर पर समानांतर रूप से जोड़ा जाता है। ये रिएक्टर लाइन से अतिरिक्त रिएक्टिव पावर को अवशोषित करते हैं, जिससे प्राप्ति छोर वोल्टेज अपने रेटेड मूल्य पर रहता है।