শিল্প মোটর নিয়ন্ত্রণ অপটিমাইজেশন: শক্তি সংরক্ষণের জন্য ইনভার্টার রিট্রোফিট

শিল্প উৎপাদনের মূল হিসেবে ইলেকট্রিক অটোমেশন সিস্টেমগুলি মোট উৎপাদন খরচ এবং পরিবেশগত প্রভাবের উপর সরাসরি প্রভাব ফেলে। প্রচলিত ধ্রুব গতি পরিচালনা পদ্ধতি ভিন্ন লোড দাবির প্রতিক্রিয়ায় শক্তি ব্যয় বৃদ্ধি করে এবং নিখুঁত প্রক্রিয়া নিয়ন্ত্রণ অর্জন করা কঠিন হয়। ভেরিয়েবল ফ্রিকোয়েন্সি গতি নিয়ন্ত্রণ প্রযুক্তি, একটি উন্নত মোটর নিয়ন্ত্রণ পদ্ধতি, এই সমস্যাগুলির জন্য একটি আশাবাদী সমাধান প্রদান করে। এই গবেষণা IEE-Business এর একটি বিদ্যুৎ কেন্দ্রের ইলেকট্রিক অটোমেশন সিস্টেমকে উদাহরণ হিসেবে নিয়ে ইনভার্টার গতি নিয়ন্ত্রণ প্রযুক্তি ভিত্তিক রিট্রফিট পরিকল্পনা এবং তার শক্তি সংরক্ষণের প্রভাব অধ্যয়ন করে, একই রকম শিল্প পরিস্থিতিতে শক্তি দক্ষতা উন্নয়নের জন্য একটি রেফারেন্স প্রদানের লক্ষ্যে।

1 ইলেকট্রিক অটোমেশনে ইনভার্টার প্রয়োগের বর্তমান অবস্থা এবং রিট্রফিটের প্রয়োজনীয়তা

1.1 বিদ্যমান যন্ত্রপাতি

বিদ্যুৎ কেন্দ্রের ইলেকট্রিক অটোমেশন সিস্টেম মূলত তিনটি অংশে বিভক্ত: বিদ্যুৎ বণ্টন সিস্টেম, মোটর ড্রাইভ ইউনিট, এবং নিয়ন্ত্রণ সিস্টেম। বিদ্যুৎ বণ্টন সিস্টেমে 10 kV উচ্চ-ভোল্টেজ সুইচগিয়ার, ট্রান্সফরমার, এবং 400 V নিম্ন-ভোল্টেজ সুইচগিয়ার অন্তর্ভুক্ত, যা একটি ট্রি স্ট্রাকচারে বিতরণ করা হয়। মোটর ড্রাইভগুলি মূলত ডায়ারেক্ট-অন-লাইন বা স্টার-ডেল্টা ভোল্টেজ কমানো পদ্ধতিতে নিয়ন্ত্রিত অ্যাসিঙ্ক্রোনাস মোটর। পাম্প লোড সাইটের যন্ত্রপাতির বৃহত্তম অংশ, যা সার্কুলেটিং ওয়াটার পাম্প, কুলিং ওয়াটার পাম্প, এবং ফিডওয়াটার পাম্প অন্তর্ভুক্ত। এই যন্ত্রপাতিগুলি ধ্রুব গতিতে পরিচালিত হয়, যার ফ্লো ভ্যাল্ভ দ্বারা নিয়ন্ত্রিত হয়, যা উচ্চ শক্তি ব্যয় ঘটায়। বিদ্যমান সিস্টেম স্থাপত্য সাপেক্ষভাবে বিকেন্দ্রীকৃত, আংশিক কেন্দ্রীয় ব্যবস্থাপনা সহ। উপরিস্তরের মনিটরিং সিস্টেম ফিল্ড নিয়ন্ত্রণ সিস্টেমের সাথে ঔद্যোগিক এথারনেট দ্বারা যোগাযোগ করে কেন্দ্রীয় ডাটা প্রদর্শন এবং দূর পরিচালনা সম্ভব করে। তবে, বর্তমান নিয়ন্ত্রণ সিস্টেমে ভেরিয়েবল ফ্রিকোয়েন্সি গতি নিয়ন্ত্রণের জন্য উন্নত নিয়ন্ত্রণ অ্যালগরিদম অনুপস্থিত, যা শক্তি ব্যবস্থাপনা এবং প্রক্রিয়া উন্নয়নে অভাব ঘটায়।

1.2 রিট্রফিটের প্রয়োজনীয়তা

বর্তমান যন্ত্রপাতির অবস্থার উপর ভিত্তি করে, ইলেকট্রিক অটোমেশন সিস্টেমের রিট্রফিটের প্রধান উদ্দেশ্য শক্তি দক্ষতা উন্নয়ন এবং নিয়ন্ত্রণ উন্নতি। পাম্প এবং ফ্যানের দক্ষ পরিচালনা জন্য লোড দাবির সাথে মোটর গতি মেলানোর জন্য ইনভার্টার ভিত্তিক গতি নিয়ন্ত্রণ প্রযুক্তি প্রবর্তন করা প্রয়োজন।

এছাড়াও, বিদ্যমান পাম্প স্টেশন এবং উৎপাদন সুবিধাগুলির উপর ভিত্তি করে, সাইবার নিরাপত্তা প্রোটেকশন লেভেল 2 সম্পূর্ণতা সঙ্গত একটি বুদ্ধিমান মনিটরিং প্ল্যাটফর্ম তৈরির জন্য একটি প্রচুর প্রয়োজন রয়েছে। ক্লাউড কম্পিউটিং এবং IoT প্রযুক্তির সাথে সম্পর্কিত, এই প্ল্যাটফর্ম উদ্যোগ ব্যবস্থাপনা এবং ফিল্ড নিয়ন্ত্রণের মধ্যে সুষম সংযোগ সম্ভব করবে। সিস্টেম স্থাপত্য "কেন্দ্রীয় প্ল্যাটফর্ম + বিকেন্দ্রীকৃত উপ-সিস্টেম + মোবাইল টার্মিনাল" এর একটি তিন-স্তরীয় স্থাপত্য অবলম্বন করে, যা বাস্তব-সময় ডাটা সংগ্রহ, দক্ষ প্রক্রিয়াকরণ এবং নিরাপদ সঞ্চয় নিশ্চিত করে।

কেন্দ্রীয় প্ল্যাটফর্ম, উচ্চ-পারফরম্যান্স সার্ভার ক্লাস্টারে তৈরি, সুনিশ্চিত সিদ্ধান্ত সমর্থন প্রদানের জন্য উন্নত ডাটা বিশ্লেষণ অ্যালগরিদম ডিপ্লয় করে। বিকেন্দ্রীকৃত উপ-সিস্টেমগুলি যন্ত্রপাতির অবস্থা মনিটরিং, ভিডিও সার্ভেইলেন্স, এবং পরিবেশগত প্যারামিটার সংগ্রহের জন্য মডিউল অন্তর্ভুক্ত, যা উৎপাদন প্রক্রিয়ার সমস্ত দিক সম্পূর্ণভাবে ঢেকে দেয়। মোবাইল টার্মিনালগুলি, কাস্টমাইজড অ্যাপ্লিকেশন দ্বারা, দূর মনিটরিং এবং তাৎক্ষণিক নোটিফিকেশন সম্ভব করে।

2 শক্তি সংরক্ষণের প্রভাবের তাত্ত্বিক ভিত্তি

এই গবেষণায় ইনভার্টার গতি নিয়ন্ত্রণ প্রযুক্তির শক্তি সংরক্ষণের প্রভাবের বিশ্লেষণ মূলত ফ্যান এবং পাম্পের জন্য আফিনিটি ল এবং ভেরিয়েবল ফ্রিকোয়েন্সি গতি নিয়ন্ত্রণের শক্তি রূপান্তর নীতির উপর ভিত্তি করে করা হয়েছে। প্ল্যান্টের যন্ত্রপাতির প্রचলিত পরিচালনা অবস্থার উপর ভিত্তি করে, অনেক পাম্প এবং ফ্যান ধ্রুব গতিতে পরিচালিত হয়, যার ফ্লো ভ্যাল্ভ দ্বারা নিয়ন্ত্রিত হয়, যা উল্লেখযোগ্য শক্তি হারানোর কারণ হয়। অন্যদিকে, ভেরিয়েবল ফ্রিকোয়েন্সি গতি নিয়ন্ত্রণ মোটর গতিকে লোড দাবির সাথে মেলানোর মাধ্যমে শক্তি সংরক্ষণ অর্জন করে। ফ্যান এবং পাম্পের জন্য আফিনিটি ল ফ্লো হার, হেড, এবং শক্তির মধ্যে সম্পর্কের উপর ভিত্তি করে প্রতিষ্ঠিত, যার সম্পর্কিত গণনা সূত্রগুলি নিম্নরূপ:

যেখানে $Q$ হল ফ্লো হার (m³/h); $n$ হল ঘূর্ণন গতি (r/min); $H$ হল হেড (m); $P$ হল শক্তি (kW), যেখানে P1P1 হল রেটেড শক্তি এবং P2P2 হল কম গতিতে শক্তি। ভেরিয়েবল ফ্রিকোয়েন্সি গতি নিয়ন্ত্রণের শক্তি রূপান্তর সূত্র হল:

উপরোক্ত তাত্ত্বিক সম্পর্কগুলির উপর ভিত্তি করে, যখন সিস্টেমের ফ্লো দাবি কমে, মোটর ফ্রিকোয়েন্সি নিয়ন্ত্রণ দ্বারা স্বয়ংক্রিয়ভাবে গতি কমিয়ে শক্তি ব্যয় বেশি কমিয়ে শক্তি সংরক্ষণ করে। এটি পরবর্তী রিট্রফিট ডিজাইন এবং শক্তি সংরক্ষণ মূল্যায়নের জন্য একটি তাত্ত্বিক ভিত্তি প্রদান করে।

3 ইনভার্টার গতি নিয়ন্ত্রণ প্রযুক্তির রিট্রফিট পরিকল্পনা

3.1 বিদ্যুৎ বণ্টন সিস্টেমের আপগ্রেড

ইনভার্টার গতি নিয়ন্ত্রণ প্রযুক্তি প্রभাবশালীভাবে বাস্তবায়ন করার জন্য, এই গবেষণায় বিদ্যমান বিদ্যুৎ বণ্টন সিস্টেমটি আপগ্রেড করা হয়েছে। উচ্চ-ভোল্টেজ সিস্টেমের জন্য, 10 kV সুইচগিয়ারে একটি বুদ্ধিমান ভ্যাকুয়াম সার্কিট ব্রেকার ইনস্টল করা হয়েছে, যার রেটেড কারেন্ট 1,250 A এবং রেটেড শর্ট-সার্কিট ব্রেকিং ক্ষমতা 31.5 kA। মাইক্রোপ্রসেসর-ভিত্তিক প্রোটেকশন রিলে একীভূত করা হয়েছে, যা ওভারকারেন্ট, শর্ট-সার্কিট, এবং গ্রাউন্ড ফল্টের মতো বহু-ফাংশনাল প্রোটেকশন প্রদান করে, যার প্রতিক্রিয়া সময় 20 ms এর কম। একটি বৈদ্যুতিক শক্তি গুণমান মনিটরিং সিস্টেমও প্রবর্তিত হয়েছে, যা ক্লাস A-গ্রেড উচ্চ-প্রেসিশন সেন্সর ব্যবহার করে হারমোনিক বিশ্বাসিতা, ভোল্টেজ বিচ্যুতি, এবং তিন-ফেজ অসামঞ্জস্যের মতো প্যারামিটারগুলি বাস্তব-সময়ে মনিটর করে, যা সিস্টেমের স্থিতিশীলতা নিশ্চিত করে।

নিম্ন-ভোল্টেজ সিস্টেমের জন্য, 400 V সিস্টেমটি আপগ্রেডের উপর দৃষ্টি দেওয়া হয়েছে। বিদ্যমান সিস্টেমে ইনভার্টার ফিডার সার্কিট যোগ করা হয়েছে, যা স্বাধীন ফিডার ক্যাবিনেট সহ বুদ্ধিমান মোল্ডেড-কেস সার্কিট ব্রেকার সহ সজ্জিত। লোডের দাবির উপর ভিত্তি করে 400 A থেকে 630 A পর্যন্ত রেটেড কারেন্ট নির্বাচিত হয়েছে, যা প্রিসিজ ওভারলোড এবং শর্ট-সার্কিট প্রোটেকশনের জন্য ইলেকট্রনিক ট্রিপ ইউনিট সহ সজ্জিত। প্রতিটি ইনভার্টার সার্কিট সার্কিট ব্রেকারের রেটেড কারেন্টের সাথে মিলে যাওয়া একটি আইসোলেটিং সুইচ সহ সজ্জিত, যা যন্ত্রপাতির রক্ষণাবেক্ষণের জন্য সুবিধাজনক।

হারমোনিক কম করার জন্য, ইনভার্টার ইনপুট পাশে একটি সক্রিয় পাওয়ার ফিল্টার (APF) ইনস্টল করা হয়েছে, যার নির্দিষ্ট স্পেসিফিকেশন টেবিল 1-এ তালিকাভুক্ত করা হয়েছে।

গ্রাউন্ডিং সিস্টেমের অপটিমাইজেশনের জন্য, এই গবেষণায় TN-S তার বিন্যাস গ্রহণ করা হয়েছে, যা ডিস্ট্রিবিউশন ক্যাবিনেট থেকে নিউট্রাল লাইন (N) এবং প্রোটেকশন অার্থ লাইন (PE) পৃথক করে। মুখ্য PE লাইন 95 mm² বা তার বেশি ক্রস-সেকশনাল এলুমিনিয়াম কনডাক্টর ব্যবহার করে নির্মিত, যা 1 Ω এর কম গ্রাউন্ড রেজিস্টেন্স নিশ্চিত করে। ইনভার্টার এবং মোটরের মতো গুরুত্বপূর্ণ যন্ত্রপাতির স্থানে ইকুয়াল পটেনশিয়াল বন্ডিং বার যোগ করা হয়েছে, যা 16 mm² বা তার বেশি ক্রস-সেকশনাল এলুমিনিয়াম কনডাক্টর ব্যবহার করে। এটি কমন-মোড ইন্টারফেরেন্স কমাতে এবং সিস্টেমের EMC পারফরম