রেক্টিফায়ার-টাইপ হাইব্রিড উচ্চ-ভোল্টেজ ডি.সি. সার্কিট ব্রেকার সমাধান

I. প্রকল্পের পটভূমি এবং প্রয়োজনীয়তা বিশ্লেষণ​
শক্তি সংক্রমণের গভীর অগ্রগতির সাথে, ভোল্টেজ সোর্স কনভার্টার (VSC)-ভিত্তিক ফ্লেক্সিবল ডি.সি. ট্রান্সমিশন প্রযুক্তি বড় মাপের পুনরুৎপাদিত শক্তির সংযোজন এবং দীর্ঘ দূরত্বের শক্তি ট্রান্সমিশন ক্ষমতা উন্নয়নের জন্য একটি মূল্যবান সমাধান হয়ে উঠেছে, এর সুবিধাগুলি যেমন সক্রিয় ও বিক্রিয় শক্তির স্বাধীন নিয়ন্ত্রণ এবং কম হারমোনিক বিশুদ্ধতা। ফ্লেক্সিবল ডি.সি. গ্রিডের নির্মাণ একটি অনিবার্য প্রবণতা। এই প্রেক্ষাপটে, উচ্চ-ভোল্টেজ ডি.সি. সার্কিট ব্রেকার, যা দ্রুত দোষ বিচ্ছেদ এবং গ্রিডের নিরাপত্তা ও স্থিতিশীলতা নিশ্চিত করে, অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ। উচ্চ-পর্যায়ের ডি.সি. সার্কিট ব্রেকার ছাড়া, ফ্লেক্সিবল ডি.সি. গ্রিডের প্রচলন সুবিধা এবং শক্তি সরবরাহের নির্ভরযোগ্যতা গুরুতরভাবে সীমিত হবে।

বর্তমান মূলধারার উচ্চ-ভোল্টেজ ডি.সি. সার্কিট ব্রেকার প্রযুক্তিগুলি সিগনিফিক্যান্ট সীমাবদ্ধতা রয়েছে:

• ​মেকানিক্যাল সার্কিট ব্রেকার: যদিও এগুলি কম অন-স্টেট লোস এবং উচ্চ টলারেন্স ভোল্টেজ প্রদান করে, তাদের বিচ্ছেদ সময় দশক মিলিসেকেন্ড, যা ফ্লেক্সিবল ডি.সি. গ্রিডে মিলিসেকেন্ড-স্তরের দ্রুত দোষ বিচ্ছেদের কঠোর প্রয়োজনীয়তা পূরণ করতে ব্যর্থ হয়।
• ​অল-সলিড-স্টেট সার্কিট ব্রেকার: অর্ধ-পরিবাহী ডিভাইসের উপর ভিত্তি করে, এগুলি অত্যন্ত দ্রুত বিচ্ছেদ প্রদান করে কিন্তু অতিরিক্ত অন-স্টেট লোস, উচ্চ পরিচালন খরচ এবং দুর্বল অর্থনৈতিক দক্ষতা সহ প্রদান করে।
• ​প্রাচীন হাইব্রিড সার্কিট ব্রেকার: মেকানিক্যাল সুইচের কম লোস এবং সলিড-স্টেট সুইচের দ্রুত বিচ্ছেদ সংমিশ্রণ করে, তাদের টপোলজি প্রয়োজন করে সিরিজ-সংযুক্ত IGBT, যা ফলস্বরূপ ডিভাইসের উপযোগিতা কম, সিস্টেম জটিল এবং খরচ বেশি হয়।

এই প্রযুক্তিগত বোতলনেকগুলির সমাধানের জন্য, দ্রুত বিচ্ছেদ ক্ষমতা, কম পরিচালন লোস, উচ্চ অর্থনৈতিক দক্ষতা এবং উচ্চ নির্ভরযোগ্যতা সম্পন্ন একটি নতুন ডি.সি. সার্কিট ব্রেকার সমাধানের প্রয়োজন আছে।

​II. সমাধান: রেক্টিফায়ার-টাইপ হাইব্রিড উচ্চ-ভোল্টেজ ডি.সি. সার্কিট ব্রেকার​
এই সমাধানটি একটি নতুন রেক্টিফায়ার-টাইপ হাইব্রিড উচ্চ-ভোল্টেজ ডি.সি. সার্কিট ব্রেকার টপোলজি প্রস্তাব করে, যা বর্তমান প্রযুক্তির সীমাবদ্ধতাগুলির মৌলিকভাবে সমাধান করে।

​​(I) মূল প্রযুক্তি: নতুন সার্কিট টপোলজি​
এই সার্কিট ব্রেকারের টপোলজি একটি ধারক শাখা এবং একটি বিচ্ছেদ শাখা সমান্তরালভাবে সংযুক্ত রয়েছে।

1. ​ধারক শাখা:
• ​সংস্থান: একটি উচ্চ-গতির মেকানিক্যাল সুইচ (S1) এবং একটি ধারক ভ্যাল্ভ গ্রুপ (Q1) সিরিজ সংযুক্ত।
• ​বৈশিষ্ট্য: S1-এর স্পর্শকারী রোধ (কেবল কয়েক মাইক্রো-ওহম) অত্যন্ত কম, এবং Q1-এ কিছু সংখ্যক IGBT রয়েছে যার পরিবাহন ভোল্টেজ ড্রপ কম। স্বাভাবিক পরিচালনার সময়, নির্ধারিত ধারক এই শাখার মধ্য দিয়ে প্রবাহিত হয়, যা অত্যন্ত কম অন-স্টেট লোস নিশ্চিত করে।
2. ​বিচ্ছেদ শাখা:
• ​সংস্থান: একটি ব্রিজ রেক্টিফায়ার স্ট্রাকচার ব্যবহার করে, যা বহুসংখ্যক সিরিজ-সংযুক্ত ডায়োড দ্বারা গঠিত একটি ব্রিজ কমিউটেশন ভ্যাল্ভ গ্রুপ (D1-D4), একটি এক-দিকে বিচ্ছেদ ভ্যাল্ভ গ্রুপ (Q2, বহুসংখ্যক সিরিজ-সংযুক্ত IGBT দ্বারা গঠিত), এবং একটি অ-রৈখিক রোধ (MOV1, আর্স্টার) দ্বারা গঠিত।
• ​মূল সুবিধা: ব্রিজ রেক্টিফায়ার স্ট্রাকচার চতুরভাবে ধারক কমিউটেশন অর্জন করে, যা এক-দিকে IGBT বিচ্ছেদ ভ্যাল্ভ গ্রুপ (Q2) দ্বারা দ্বিদিকে ডি.সি. দোষ ধারক বিচ্ছেদ করা যায়। ঐতিহ্যগত হাইব্রিড টপোলজির তুলনায়, IGBT-এর সংখ্যা প্রায় অর্ধেক হ্রাস পায়। যেহেতু বাণিজ্যিক প্রেস-প্যাক IGBT-এর খরচ একই রেটিংযুক্ত ডায়োডের চেয়ে প্রায় 10 গুণ বেশি, এবং IGBT-এর হ্রাস সঙ্গে সঙ্গে সঙ্গত ড্রাইভার বোর্ডের সংখ্যাও হ্রাস পায়, এই টপোলজি উল্লেখযোগ্য খরচ হ্রাস এবং সমগ্র নির্ভরযোগ্যতা উন্নয়ন অর্জন করে।

​​(II) দক্ষ বিচ্ছেদ কাজের নীতি​
পোর্ট 1 থেকে পোর্ট 2-এ ধারক প্রবাহের উদাহরণ নিয়ে, বিচ্ছেদ প্রক্রিয়াটি চারটি পর্যায়ে গঠিত:

1. ​পর্যায় 1 (t0–t1, দোষ ঘটনা)​: লাইনে একটি শর্ট-সার্কিট দোষ ঘটে, যা ধারককে তীব্রভাবে বাড়ায়। এই সময়, S1 এবং Q1 পরিবাহক, Q2 অফ, এবং দোষ ধারক সম্পূর্ণভাবে ধারক শাখার মধ্য দিয়ে প্রবাহিত হয়।
2. ​পর্যায় 2 (t1–t2, ধারক স্থানান্তর)​: নিয়ন্ত্রণ সিস্টেম একটি খোলা আদেশ দেয়, Q2 অন এবং Q1 অফ করে। Q2-এর পরিবাহন ব্রিজ আর্মে একটি কমিউটেশন ভোল্টেজ উৎপন্ন করে, যা ধারককে ধারক শাখা থেকে বিচ্ছেদ শাখায় (পথ: D1 → Q2 → D4) স্থানান্তরিত করে বাধ্য করে।
3. ​পর্যায় 3 (t2–t3, মেকানিক্যাল সুইচ বিচ্ছেদ)​: ধারক শাখার ধারক সম্পূর্ণভাবে স্থানান্তরিত হওয়ার পর, উচ্চ-গতির মেকানিক্যাল সুইচ S1 শূন্য-ধারক এবং শূন্য-ভোল্টেজ শর্তে বিচ্ছিন্ন করা হয়, যা বিদ্যুত বিস্তার ছাড়াই নির্বাপিত হয় এবং অন্যান্য বৈদ্যুতিক বিস্তার স্থাপন করে।
4. ​পর্যায় 4 (t3–t4, দোষ ধারক পরিষ্কার)​: S1 সম্পূর্ণভাবে বিচ্ছিন্ন হওয়ার পর, Q2 অফ করা হয়। Q2-এর অফ করা সার্কিট ব্রেকারের মধ্যে একটি সাময়িক অতিরিক্ত ভোল্টেজ উৎপন্ন করে, যা MOV1-এর পরিবাহন এবং দোষ ধারককে MOV1-এ পরিবাহন করে শক্তি বিলুপ্ত হওয়া পর্যন্ত ধারক শূন্য হয় এবং দোষ বিচ্ছেদ সম্পন্ন হয়।

প্রতিকূল ধারকের বিচ্ছেদ নীতি একই, ডায়োড ব্রিজ (D2, D3) দ্বারা পরিচালিত হয় এবং Q2-এর মধ্য দিয়ে প্রবাহিত হয়।

​​(III) বুদ্ধিমান নিয়ন্ত্রণ রणনীতি​

1. ​প্রিইন্টারপশন নিয়ন্ত্রণ রণনীতি:
• ​উদ্দেশ্য: উচ্চ-গতির মেকানিক্যাল সুইচ খোলার সময় (আনুমানিক 2 মিলিসেকেন্ড) উচ্চ অনুপাতের বোতলনেক অতিক্রম করা, মোট বিচ্ছেদ সময় কমানো, এবং দোষ ধারকের পরিমাণ দমন করা।
• ​যুক্তি