उच्च-वोल्टता इनवर्टर की पावर संयंत्रों में रिट्रोफिटिंग

1 उच्च-वोल्टेज इनवर्टर की मूल संरचना और संचालन तंत्र

1.1 मॉड्यूल रचना

• रेक्टिफायर मॉड्यूल: यह मॉड्यूल प्रवेश उच्च-वोल्टेज एसी विद्युत को डीसी विद्युत में परिवर्तित करता है। रेक्टिफिकेशन खंड मुख्य रूप से थायरिस्टर, डायोड, या अन्य विद्युत सेमीकंडक्टर उपकरणों से बना होता है जो एसी से डीसी में परिवर्तन को संभव बनाता है। इसके अलावा, नियंत्रण इकाई के माध्यम से, एक निश्चित परिसर में वोल्टेज नियंत्रण और विद्युत संशोधन को संभव बनाया जा सकता है।

• डीसी फ़िल्टर मॉड्यूल: रेक्टिफायड डीसी विद्युत एक फ़िल्टरिंग सर्किट द्वारा संसाधित की जाती है जो वोल्टेज दोलनों को गुदामार करता है, जिससे स्थिर डीसी बस वोल्टेज बनती है। यह वोल्टेज न केवल आगामी इनवर्टर चरण के लिए ऊर्जा समर्थन प्रदान करती है, बल्कि आउटपुट वोल्टेज स्थिरता और गतिक प्रतिक्रिया क्षमता को सुनिश्चित करने में भी महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है।

• इनवर्टर मॉड्यूल: फ़िल्टर किया गया डीसी विद्युत IGBTs और पल्स चौड़ाई मॉडुलेशन (PWM) तकनीक जैसे विद्युत सेमीकंडक्टर उपकरणों का उपयोग कर इनवर्टर मॉड्यूल में फिर से एसी विद्युत में परिवर्तित किया जाता है। PWM सिग्नल के ड्यूटी साइकल और स्विचिंग फ्रीक्वेंसी को समायोजित करके, इनवर्टर आउटपुट एसी विद्युत की एम्प्लीट्यूड और फ्रीक्वेंसी को सटीक रूप से नियंत्रित कर सकता है, मोटर, फैन, और पंप जैसे विभिन्न लोडों की आवश्यकताओं को पूरा करता है। यह तकनीक इनवर्टर को सॉफ्ट स्टार्ट, अनंत गति नियंत्रण, ऑप्टिमाइज्ड संचालन स्थितियाँ, और ऊर्जा बचाने की सुविधाएं प्रदान करने की क्षमता देती है।

1.2 संचालन तंत्र

उच्च-वोल्टेज इनवर्टर एक कैस्केड बहुस्तरीय टोपोलॉजी का उपयोग करते हैं, जो आउटपुट तरंग रूप को एक साइन वेव के निकट ले जाता है। वे सीधे उच्च-वोल्टेज एसी विद्युत उत्पन्न कर सकते हैं जो मोटरों को चलाने के लिए प्रयोग किया जा सकता है। यह व्यवस्था अतिरिक्त फ़िल्टर या बढ़ाव ट्रांसफॉर्मर की आवश्यकता को रोकती है और कम हार्मोनिक विकृति का लाभ प्रदान करती है। मोटर गति $n$ निम्न समीकरण को संतुष्ट करती है:

जहाँ: $P$ मोटर के पोल जोड़े की संख्या है; $f$ मोटर की संचालन आवृत्ति है; $s$ स्लिप अनुपात है। चूँकि स्लिप अनुपात आमतौर पर छोटा होता है (आमतौर पर 0-0.05 की सीमा में), मोटर की आपूर्ति आवृत्ति $f$ को समायोजित करके इसकी वास्तविक गति $n$ को संबद्ध रूप से नियंत्रित किया जा सकता है। मोटर स्लिप अनुपात $s$ लोड तीव्रता के साथ सकारात्मक रूप से संबद्ध होता है - लोड जितना अधिक, स्लिप अनुपात उतना ही अधिक, जिससे मोटर की वास्तविक गति में कमी होती है।

1.3 तकनीकी चयन में महत्वपूर्ण कारक

• वोल्टेज मेल: मोटर के निर्धारित वोल्टेज के आधार पर "हाई-हाई" या "हाई-लो-हाई" जैसी उपयुक्त मेल योजनाओं का चयन किया जाना चाहिए। 1,000 kW से अधिक शक्ति वाले मोटरों के लिए "हाई-हाई" योजना सिफारिश की जाती है। 500 kW से कम शक्ति वाले मोटरों के लिए "हाई-लो-हाई" योजना प्राथमिक हो सकती है।

• हार्मोनिक कमी: उच्च-वोल्टेज इनवर्टरों के इनपुट और आउटपुट टर्मिनल पर आसानी से हार्मोनिक उत्पन्न हो सकते हैं। उनके प्रभाव को कम करने के लिए, मल्टीप्लेक्सिंग तकनीकों या अतिरिक्त फ़िल्टरों का उपयोग किया जा सकता है। फ़िल्टरों को उचित रूप से कन्फ़िगर करके, हार्मोनिक विकृति को 5% के भीतर नियंत्रित किया जा सकता है, जिससे प्रभावी हार्मोनिक दबाव होता है।

• पर्यावरणीय अनुकूलता: उच्च-वोल्टेज इनवर्टर वायु-या जल-शीतलन प्रणालियों की आवश्यकता होती है ताकि नियंत्रण कैबिनेट का आंतरिक तापमान 40°C से कम रहे। इनवर्टर स्थानों पर आमतौर पर निर्जलीकरण यूनिट और वायु संशोधन यूनिट इनस्टॉल किए जाते हैं। विशेष क्षेत्रों में जहाँ वायु संशोधन नहीं होता, डिजाइन के दौरान घटकों के तापमान रेटिंग को ध्यान में रखा जाना चाहिए, और शीतलन प्रणालियों की वायुसंचरण क्षमता को बढ़ाया जाना चाहिए ताकि स्थिर संचालन सुनिश्चित किया जा सके।

2 उच्च-वोल्टेज इनवर्टरों का उपयोग विद्युत संयंत्रों में

एक विद्युत संयंत्र की विद्युत प्रणाली आमतौर पर टर्बाइन जनरेटर, बॉयलर, पानी का उपचार, कोयला का परिवहन, और डीसल्फरिजेशन प्रणालियों से युक्त उपकरणों से बनी होती है। टर्बाइन खंड फीडवाटर पंप और सर्कुलेटिंग वाटर पंप को ऊर्जा प्रदान करता है, बॉयलर खंड फोर्स्ड ड्राफ्ट फैन (प्राथमिक फैन), द्वितीयक फैन, और इंडक्ट ड्राफ्ट फैन प्रदान करता है, जबकि कोयला परिवहन खंड बेल्ट कंवेयर का संचालन करता है। लोड परिवर्तनों के आधार पर इन उपकरणों के लिए उच्च-वोल्टेज इनवर्टरों का उपयोग करके गति नियंत्रण किया जाता है, जिससे ऊर्जा उपभोग कम होता है, सहायक ऊर्जा उपभोग कम होता है, और संचालन अर्थशास्त्रीय बन जाता है।

इंडोनेशिया के मोरोवाली में स्थित निकेल-लोहा उत्पादन परियोजना, सुमात्रा द्वीप पर, 2019 से 2023 के बीच आठ 135 MW जनरेटर यूनिटों को आयात किया गया था। आंतरिक संचालन को और बेहतर बनाने और उत्पादन लागत को कम करने के लिए, 2023 से 2024 के बीच उच्च-वोल्टेज इनवर्टरों की तकनीकी रीट्रोफिटिंग की गई थी, जिसमें यूनिट 1, 2, 3, 4, और 7 के कंडेंसेट पंप और यूनिट 2 और 5 के फीडवाटर पंप शामिल थे।

2.1 उपकरण की स्थिति

परियोजना एक पायरोमेटलर्जिकल निकेल-लोहा प्रक्रिया का उपयोग करती है, जिसमें 25 उत्पादन लाइनें, आठ डॉंगफांग इलेक्ट्रिक DG440/13.8-II1 सर्कुलेटिंग फ्लुइडाइज्ड बेड बॉयलर और आठ 135 MW इंटरमीडिएट रीहीट कंडेंसिंग स्टीम टर्बाइन जनरेटर सेट शामिल हैं। प्रत्येक यूनिट में दो फिक्स्ड-फ्रीक्वेंसी कंडेंसेट पंप, दो हाइड्रॉलिक कप्लर-नियंत्रित पंप, और छह हाइड्रॉलिक कप्लर-नियंत्रित फैन शामिल हैं।

फीडवाटर पंप और फैन रिडंडेंसी के साथ डिजाइन किए गए हैं, 10%-20% बैकअप क्षमता प्रदान करते हैं। यूनिट 5 और 6 आइलैंड मोड में संचालित होते हैं, जिनका लोड दर लगभग 70% है। वास्तविक लोड मांग के साथ मोटर गति को अनुकूलित करके और रीजेनरेटिव ब्रेकिंग ऊर्जा को ग्रिड में प्रतिपुष्टि करके, फैन, पंप, और अन्य उपकरणों से अनावश्यक ऊर्जा उपभोग को कम किया जाता है, जिससे प्रणाली की ऊर्जा नुकसान और भी कम होती है।

2.2 रीट्रोफिट योजना

वास्तविक उपकरण संचालन स्थिति के आधार पर, 135 MW जनरेटर सेटों के फीडवाटर और कंडेंसेट पंपों के लिए उच्च-वोल्टेज इनवर्टर रीट्रोफिट किए गए थे।

• फीडवाटर पंप रीट्रोफिट: "ऑटोमैटिक वन-टू-वन" व्यवस्था का उपयोग किया गया, जहाँ प्रत्येक फीडवाटर पंप के लिए एक विशेष उच्च-वोल्टेज इनवर्टर शामिल है, जिसमें बायपास कैबिनेट शामिल है ताकि प्रणाली की विश्वसनीयता सुनिश्चित की जा सके।

• कंडेंसेट पंप रीट्रोफिट: "वन-टू-टू" व्यवस्था का उपयोग किया गया, जहाँ दो कंडेंसेट पंप एक उच्च-वोल्टेज इनवर्टर साझा करते हैं, जो दक्षता और लागत-प्रभावीता के बीच संतुलन बनाता है।

स्थानीय ऐतिहासिक अधिकतम तापमान की सीमा 23-32°C होने के ध्यान में रखते हुए, घटक 40°C वातावरण तापमान पर संचालित होने के लिए चुने गए थे। इसके अलावा, इनवर्टर कैबिनेट के फ़ोर्स्ड एक्ज़हाउस डिजाइन को 40°C कक्ष तापमान पर आधारित रखा गया था ताकि प्रभावी ताप निकासी सुनिश्चित की जा सके, जिससे विशेष इनवर्टर कक्ष या वायु संशोधन प्रणालियों की आवश्यकता नहीं रहती।

2.3 आर्थिक लाभ मूल्यांकन

इस रीट्रोफिट परियोजना के लिए कुल निवेश लगभग 6 मिलियन RMB था, जिसमें 5 मिलियन RMB उपकरण, 400,000 RMB निर्माण, और 600,000 RMB ग्राहक द्वारा प्रदान किए गए सहायक सामग्री शामिल थी। गणना के अनुसार, वार्षिक ऊर्जा-बचाव लाभ 6.58 मिलियन RMB है, जिससे निवेश एक वर्ष से कम समय में वापस प्राप्त किया जा सकता है, जिससे अपेक्षित आर्थिक लक्ष्य सफलतापूर्वक प्राप्त किए जा सकते हैं।

3 निष्कर्ष

उच्च-वोल्टेज इनवर्टर तकनीक के तेजी से विकास के साथ, इसके अनुप्रयोग विभिन्न उद्योगों में तेजी से बढ़ रहे हैं। विद्युत संयंत्र उत्पादन प्रणालियों में, उच्च-वोल्टेज इनवर्टर तकनीक को सक्रिय रूप से बढ़ाव दिया जाना चाहिए। लंबे समय तक संचालन करने वाले यूनिटों या तीव्रता से अपग्रेड की आवश्यकता वाले यूनिटों के लिए रीट्रोफिटिंग को प्राथमिकता दी जानी चाहिए, क्योंकि ऐसी उपायों से महत्वपूर्ण आर्थिक मूल्य और रणनीतिक महत्व होता है।