पावर वितरण प्रणाली में स्टेप वोल्टेज रेगुलेटर्स के नवीन उत्तराधिकारी समाधान
1 सार-संक्षेप
आधुनिक वितरण नेटवर्कों में वोल्टेज प्रबंधन की चुनौतियाँ:
- दूरस्थ फीडर्स वोल्टेज गिरावट का कारण बनते हैं;
- वितरित ऊर्जा स्रोत (DER) का एकीकरण दोहरी दिशा में विद्युत प्रवाह का कारण बनता है;
- भार की उतार-चढ़ाव से वोल्टेज में आवर्ती परिवर्तन होता है।
स्टेप वोल्टेज रेगुलेटर्स (SVRs) की तकनीकी विशेषताएँ:
- टैप-चेंजिंग प्रौद्योगिकी का उपयोग करके ट्रांसफार्मर के वाइंडिंग टर्न अनुपात को बदलता है, ±10% वोल्टेज समायोजन दायरा (आमतौर पर 32 चरणों में, 0.625% प्रति चरण) प्राप्त करता है;
- मुख्य लाभ वास्तविक समय में गतिशील समायोजन क्षमताओं और बहुत सारी नियंत्रण रणनीतियों के संयोजन में निहित है, जो वितरण ग्रिड के लिए लचीला वोल्टेज समर्थन प्रदान करता है।
प्रौद्योगिकी विकास की धाराएँ:
- बुनियादी यांत्रिक टैप स्विच से शुरू होकर शक्ति इलेक्ट्रोनिक्स, अनुकूल नियंत्रण एल्गोरिदम, और बुद्धिमत्ता संचार मॉड्यूल शामिल एकीकृत प्रणालियों तक विकसित हुई है;
- प्रतिनिधि उदाहरण: ABB SPAU341C लाइन ड्रॉप कंपनेशन (LDC) कार्यक्षमता को एकीकृत करता है, लाइन इम्पीडेंस विशेषताओं का सिमुलेशन करके दूरस्थ भार बिंदुओं पर वोल्टेज को सटीक रूप से नियंत्रित करता है;
- मैग्नेटिक रिले और TRIACs का उपयोग उपकरण की हानि और फुटप्रिंट को कम करता है, जिससे तैनाती की लचीलापन और लागत-प्रभावशीलता में सुधार होता है।
2 तकनीकी सिद्धांत और संरचना
मुख्य वोल्टेज नियंत्रण तंत्र:
- ट्रांसफार्मर के वाइंडिंग टर्न अनुपात को बदलकर वोल्टेज नियंत्रण प्राप्त करता है, जो ऑन-लोड टैप चेंजर्स (OLTCs) की टैप-चेंजिंग प्रौद्योगिकी पर निर्भर करता है।
बंद लूप प्रतिक्रिया नियंत्रण प्रक्रिया:
- वोल्टेज ट्रांसफार्मर लगातार प्रणाली वोल्टेज संकेत प्राप्त करते हैं;
- प्राप्त मानों को सेट रेफरेंस मानों के साथ तुलना करके त्रुटि संकेत उत्पन्न किए जाते हैं;
- नियंत्रण यूनिट त्रुटि संकेत के आधार पर टैप बदलाव की दिशा (बूस्ट/बक) और चरण का आकार निर्णय करता है।
आधुनिक SVRs के महत्वपूर्ण तकनीकी पैरामीटर:
- SPAU341C के उदाहरण से: 0.625% की फाइन वोल्टेज समायोजन चरणों का समर्थन करता है, ±10% दायरा में 32-चरण सटीक वोल्टेज नियंत्रण प्रदान करता है।
2.1 मुख्य घटक
- ऑन-लोड टैप चेंजर (OLTC): नियंत्रक का मुख्य अभिनयक, जो वैक्यूम इंटरप्टर्स का उपयोग करके आर्किंग को कम करता है। ट्रांजिशन रेझिस्टर्स स्विचिंग के दौरान धारा की निरंतरता सुनिश्चित करते हैं, जिससे भार आपूर्ति का अवरोध रोका जाता है। आधुनिक डिजाइन दोहरे-रेझिस्टर ट्रांजिशन प्रौद्योगिकी का उपयोग करते हैं, स्विचिंग समय 40-60 मिलीसेकंड तक कम करते हैं।
- नियंत्रण मॉड्यूल: उच्च प्रदर्शन वाले माइक्रोप्रोसेसर्स (ARM/DSP) पर आधारित, बहुत सारी नियंत्रण रणनीतियों को एकीकृत करता है। ABB SPAU341C एक मॉड्यूलर आर्किटेक्चर अपनाता है, जिसमें कनेक्शन मॉड्यूल, I/O मॉड्यूल, और ऑटोमैटिक वोल्टेज नियंत्रण मॉड्यूल शामिल हैं, जो वास्तविक समय में हार्डवेयर और सॉफ्टवेयर डायग्नोस्टिक्स के लिए लगातार स्व-निगरानी का समर्थन करता है।
- माप और सुरक्षा यूनिट: वोल्टेज/करंट ट्रांसफार्मर (जैसे, PT1, PT2, TA1) लगातार प्रणाली पैरामीटर प्राप्त करते हैं। यूनिट तीन-पार ओवरकरंट और अंडरवोल्टेज ब्लॉकिंग कार्यक्षमताओं से सुसज्जित होते हैं। एक शॉर्ट सर्किट या गंभीर वोल्टेज डिप जानकारी प्राप्त करने पर, टैप-चेंजिंग कार्यवाही तुरंत रोक दी जाती है ताकि उपकरण को क्षति से बचाया जा सके।
- संचार और संचालन इंटरफेस: ईथरनेट, GPRS, और अन्य संचार प्रोटोकॉल्स का समर्थन करता है दूरस्थ निगरानी और पैरामीटर सेटिंग के लिए। डिस्प्ले मॉड्यूल स्थानीय संचालन इंटरफेस प्रदान करता है, वास्तविक समय में महत्वपूर्ण पैरामीटर जैसे सेटपॉइंट्स और मापन मूल्यों को दिखाता है।
2.2 महत्वपूर्ण संचालन विशेषताएँ
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विशेषता |
तकनीकी विवरण |
अनुप्रयोग मूल्य |
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लाइन ड्रॉप कंपनेशन (LDC) |
वर्चुअल इम्पीडेंस पैरामीटर (R/X) सेटिंग का उपयोग करके लाइन वोल्टेज गिरावट को कंपनेशन करता है। |
दूरस्थ भार बिंदुओं पर सटीक वोल्टेज नियंत्रण की सुविधा प्रदान करता है; अतिरिक्त मापन उपकरणों की आवश्यकता को रोकता है। |
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दोहरी दिशा वाली शक्ति प्रवाह समर्थन |
बैक-टू-बैक थायरिस्टर्स और चुंबकीय लॉचिंग रिले को संयोजित करने वाले हाइब्रिड स्विचों का उपयोग करता है। |
DER एकीकरण के साथ वातावरणों के लिए समायोजित करता है; विपरीत शक्ति प्रवाह के तहत वोल्टेज नियंत्रण का समर्थन करता है। |
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समान्तर संचालन क्षमता |
मास्टर/स्लेव या परिपथित धारा कमी सिद्धांतों के माध्यम से तीन ट्रांसफार्मरों के समान्तर संचालन का समर्थन करता है। |
सिस्टम की क्षमता का विस्तार करता है; उच्च भार घनत्व क्षेत्रों की मांग को पूरा करता है। |
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फ़ॉल्ट राइड-थ्रू (FRT) क्षमता |
वोल्टेज सैग जानकारी और तेज रिस्टोरेशन लॉजिक को एकीकृत करता है। |
संवेदनशील भारों के लिए निरंतर आपूर्ति सुनिश्चित करता है; विद्युत आपूर्ति की विश्वसनीयता में सुधार करता है। |
3 वितरण प्रणाली डिजाइन में अनुप्रयोग समाधान
3.1 विशिष्ट अनुप्रयोग दृश्य
- लंबे रेडियल फीडर्स: एक क्लासिक SVR अनुप्रयोग। ग्रामीण वितरण नेटवर्कों में, 10kV लाइनें अक्सर 15km तक फैली होती हैं, जिससे फीडर के अंत में गंभीर वोल्टेज विचलन होता है। SVR को मध्य लाइन या फीडर के अंत पर तैनात करने से वोल्टेज गिरावट को प्रभावी रूप से कम किया जा सकता है। इंजीनियरिंग अभ्यास दिखाते हैं कि एक SVR फीडर की त्रिज्या को 30% तक बढ़ा सकता है, फीडर के अंत पर वोल्टेज की अनुपालन दर को 70% से नीचे से 98% से अधिक तक सुधार करता है, जिससे लाइन अपग्रेड की लागत में बहुत गिरावट आती है।
- उच्च-घनत्व शहरी वितरण नेटवर्क: भार उतार-चढ़ाव और वोल्टेज मेल-न मेल की चुनौतियों का सामना करते हैं। SVR आमतौर पर सबस्टेशन आउटलेट या रिंग मेन यूनिट (RMU) नोड पर तैनात किए जाते हैं। एक शहरी व्यापारिक क्षेत्र के रीट्रोफिट परियोजना में, 4 महत्वपूर्ण नोड पर SVR तैनात करने से शिखर घंटे के दौरान वोल्टेज उतार-चढ़ाव ±8% से ±2% तक कम हो गया, साथ ही रिएक्टिव पावर अनुकूलन के माध्यम से लाइन हानि 12% तक कम हो गई।
- उच्च DER प्रवेश इलाके: दोहरी दिशा वाली शक्ति प्रवाह की चुनौतियों का प्रबंधन करने की आवश्यकता होती है। जब PV प्रवेश 30% से अधिक होता है, तो पारंपरिक वितरण नेटवर्क अक्सर वोल्टेज उल्लंघन का सामना करते हैं। SVR विपरीत शक्ति मोड में नियंत्रण तर्क को स्वचालित रूप से समायोजित करता है, जिससे उत्पादन अतिरिक्तता के दौरान वोल्टेज को सक्रिय रूप से कम किया जाता है। SVR और PV इनवर्टर्स के बीच निर्देशित नियंत्रण का उपयोग करने वाले एक PV प्रदर्शनी परियोजना ने स्थानीय PV धारण क्षमता को 25% तक बढ़ाया और कटौती दर 18% तक कम की।
3.2 नियंत्रण रणनीति अनुकूलन
- वोल्टेज-वार अनुकूलन (VVO): SVR को शंकु ट्रांसफार्मर बैंक्स के साथ समन्वित करके प्रणाली हानि को न्यूनतम करता है।
- बहु-चरणीय समन्वित नियंत्रण: जटिल नेटवर्कों में एकाधिक SVR की जटिल तौर पर तैनाती के लिए, नियंत्रण संघर्षों से बचना आवश्यक है। समय देरी समन्वय विधि सबसे व्यावहारिक समाधान है - अपस्ट्रीम SVR की देरी (आमतौर पर 30-60 सेकंड) को डाउनस्ट्रीम SVR की देरी से दोगुना या अधिक रखना। वोल्टेज उल्लंघन जानकारी प्राप्त होने पर, डाउनस्ट्रीम SVR पहले कार्य करता है। यदि मुद्दा इसके देरी के विंडो से बाहर बना रहता है, तो अपस्ट्रीम SVR फिर इंटरवीन करता है। यह दृष्टिकोण अनावश्यक टैप ऑपरेशन (40% तक) को बहुत कम करता है, जबकि वोल्टेज स्थिरता को बनाए रखता है।
- अनुकूल नियंत्रण रणनीतियाँ: आधुनिक SVR (जैसे, SPAU341C) ऐतिहासिक भार प्रोफाइल के आधार पर वोल्टेज समायोजन की आवश्यकताओं की भविष्यवाणी करने वाले स्व-सीखने वाले एल्गोरिदम को एकीकृत करते हैं। प्रणाली लगातार दैनिक भार पैटर्न (जैसे, सुबह की शिखर घंटे) के दौरान टैप स्थितियों को पूर्व समायोजित करती है, वोल्टेज समायोजन प्रतिक्रिया समय को मिनट से सेकंड में कम करती है। यह रणनीति विशेष रूप से PV उत्पादन उतार-चढ़ाव या इलेक्ट्रिक वाहन (EV) चार्जिंग के सांकेंद्रित दृश्यों के लिए उपयुक्त है।
3.3 दृश्य चयन मैट्रिक्स
