स्मार्ट ग्रिड की बिजली की गुणवत्ता कैसे नियंत्रित की जाती है?

सौर ऊर्जा, पवन ऊर्जा और बायोमास ऊर्जा जैसे नवीकरणीय ऊर्जा स्रोतों के वितरण नेटवर्क में व्यापक रूप से एकीकरण के साथ, जो वितरित ऊर्जा उत्पादन, माइक्रोग्रिड और लघु एवं मध्यम आकार के पावर स्टेशन (ऊर्जा भंडारण पावर स्टेशन और इलेक्ट्रिक वाहन चार्जिंग स्टेशन सहित) के रूप में होते हैं, नए परिदृश्य के अंतर्गत स्मार्ट ग्रिड कई नए समस्याओं का सामना कर रहा है। स्मार्ट ग्रिड वास्तुकला के अंतर्गत बिजली की गुणवत्ता नियंत्रण संरचना मुख्य रूप से वितरित ऊर्जा उत्पादन, संचरण एवं वितरण नेटवर्क, बिजली उपयोग के भार, बिजली गुणवत्ता संतुलक आदि से मिलकर बनी है।

सौर ऊर्जा, पवन ऊर्जा और बायोमास ऊर्जा जैसे नए ऊर्जा स्रोतों के वितरण नेटवर्क में वितरित ऊर्जा उत्पादन, माइक्रोग्रिड और लघु एवं मध्यम आकार के ऊर्जा स्टेशनों (ऊर्जा भंडारण स्टेशनों और इलेक्ट्रिक वाहन चार्जिंग स्टेशनों सहित) के रूप में व्यापक समावेशन के साथ, नए परिदृश्य के अंतर्गत स्मार्ट ग्रिड कई नए समस्याओं का सामना कर रही है। स्मार्ट ग्रिड वास्तुकला के अंतर्गत विद्युत गुणवत्ता नियंत्रण संरचना मुख्य रूप से वितरित ऊर्जा उत्पादन, संचरण और वितरण नेटवर्क, ऊर्जा उपभोग भार, विद्युत गुणवत्ता संतुलक आदि से मिलकर बनी है। एक ओर, नवीकरणीय ऊर्जा के एकीकरण के लिए मुख्य प्रेरक शक्ति के रूप में, शक्ति इलेक्ट्रॉनिक परिवर्तन उपकरणों के व्यापक समावेशन ने संचरण और वितरण नेटवर्क की विद्युत गुणवत्ता में नई विशेषताओं और समस्याओं को जन्म दिया है, जिनका तत्काल समाधान आवश्यक है। दूसरी ओर, विद्युत उपभोग पक्ष पर भारों की विविधता, अरैखिकता और प्रभाव बढ़ती गंभीरता से सामना कर रहे हैं, जिससे विद्युत ऊर्जा के कुशल उपयोग की आवश्यकता तत्काल हो गई है। ये नई समस्याएं विद्युत गुणवत्ता नियंत्रण प्रौद्योगिकी के लिए अवसरों और चुनौतियों दोनों को लेकर आई हैं। माइक्रोग्रिड स्मार्ट ग्रिड के मुख्य अंग के रूप में है, जो कई ऊर्जा स्रोतों के साथ युग्मित एक अरैखिक जटिल प्रणाली है। इसके भीतर वितरित ऊर्जा स्रोतों में अंतरायकता, जटिलता, विविधता और अस्थिरता जैसी विशेषताएं हैं। इसकी विद्युत गुणवत्ता की नई समस्याएं और विशेषताएं बढ़ती प्रमुखता से उभर रही हैं। इसलिए, माइक्रोग्रिड के सम्बंधन के अंतर्गत वितरण नेटवर्क के सुरक्षित और स्थिर संचालन को सुनिश्चित करने के लिए तत्काल अध्ययन और समाधान की आवश्यकता वाले मुख्य मुद्दों में से एक विद्युत गुणवत्ता की समस्या है।
पावर गुणवत्ता कंपेंसेटर का वर्गीकरण
पावर गुणवत्ता क्षतिपूर्ति नियंत्रण तकनीक को सक्रिय नियंत्रण तकनीक और निष्क्रिय उपचार तकनीक में विभाजित किया जा सकता है। विभिन्न पावर गुणवत्ता समस्याओं के लिए, संबंधित क्षतिपूर्ति उपकरणों को वर्गीकृत और परिचयात्मक रूप से समझाया गया है। निष्क्रिय नियंत्रण तकनीक, समानांतर या श्रृंखला में अतिरिक्त बिजली इलेक्ट्रॉनिक क्षतिपूर्ति उपकरणों को जोड़कर हार्मोनिक्स, अप्रतिक्रियाशील शक्ति और तीन-चरण असंतुलन जैसी समस्याओं को दबाती या सुलझाती है। क्षतिपूर्ति उपकरणों में मुख्य रूप से निष्क्रिय शक्ति फिल्टर (PPF), सक्रिय शक्ति फिल्टर (APF), संकरित सक्रिय शक्ति फिल्टर (HAPF), अप्रतिक्रियाशील शक्ति क्षतिपूर्ति उपकरण, गतिक वोल्टेज सुधारक (DVR) और एकीकृत पावर गुणवत्ता नियामक (UPQC) आदि शामिल हैं। इनमें से, मॉड्यूलर मल्टीलेवल कन्वर्टर (MMC) पर आधारित पावर गुणवत्ता क्षतिपूर्ति उपकरण, अपनी निम्न-वोल्टेज मॉड्यूलर श्रृंखला संरचना के कारण, माध्यमिक और उच्च-वोल्टेज पावर गुणवत्ता प्रबंधन तकनीक में शोध के एक गर्म बिंदु और भावी प्रवृत्ति बन रहा है। सक्रिय नियंत्रण तकनीक में विद्युत उपकरणों या वितरित बिजली स्रोतों के अपने इनपुट या आउटपुट प्रतिबाधा विशेषताओं को बदलने से पावर गुणवत्ता प्रबंधन के कार्य को संतुलित किया जाता है। सक्रिय पावर गुणवत्ता नियंत्रण तकनीक न केवल बिजली के उपयोग की दक्षता में वृद्धि करती है, बल्कि अतिरिक्त क्षतिपूर्ति उपकरणों को जोड़े बिना भी पूरे सिस्टम की पावर गुणवत्ता में सुधार करती है।
2. पावर क्वालिटी कंपेंसेटर्स के लिए नियंत्रण विधियाँ
वर्तमान में, पावर क्वालिटी कंपेंसेटर्स अधिकांशतः वोल्टेज स्रोत प्रकार या धारा स्रोत प्रकार के कन्वर्टर्स को अपनाते हैं। कंपेंसेटर्स के लिए मुख्य रूप से उपयोग की जाने वाली धारा नियंत्रण विधियों में शामिल हैं: हिस्टेरिसिस नियंत्रण, स्टेप-लेस नियंत्रण, मॉडल पूर्वानुमानित नियंत्रण, समानुपाती समाकलन (PI) नियंत्रण, समानुपाती अनुनाद (PR) नियंत्रण, आवर्ती नियंत्रण और अरैखिक दृढ़ नियंत्रण आदि। इसके अतिरिक्त, पारंपरिक धारा नियंत्रण में सुधार करके एकल धारा नियंत्रण मोड के नियंत्रण प्रदर्शन में वृद्धि की जा सकती है। उदाहरण के लिए, पारंपरिक PI और सदिश PI को संयोजित करने वाली नियंत्रण विधि, धारा के संसूचन प्रक्रिया को सरल बना सकती है। धारा की आवृत्ति विभाजन क्षतिपूर्ति विधि, पारंपरिक पूर्ण-बैंड क्षतिपूर्ति विधि की तुलना में, प्रत्येक धारा के संसूचन और क्षतिपूर्ति की सटीकता में सुधार करती है और विभिन्न उच्च और निम्न वोल्टेज मिश्रित सक्रिय शक्ति फिल्टर उपकरणों आदि के लिए विशेष रूप से उपयुक्त है।
3. बड़े पैमाने पर वितरित ऊर्जा स्टेशनों की विद्युत गुणवत्ता का विश्लेषण एवं नियंत्रण
फोटोवोल्टिक और पवन ऊर्जा जैसे बड़े पैमाने पर वितरित ऊर्जा स्टेशनों (10 केवी से 35 केवी स्तर) के घटक की बढ़ती दर के साथ, विभिन्न इन्वर्टरों से मुख्य रूप से बने वितरित ऊर्जा स्टेशनों के सिस्टम द्वारा उत्पादित तरंगों का ऊर्जा संचरण और वितरण प्रणाली के साथ अंतःक्रिया और सहसंयोजन बढ़ते रूप से जटिल होता जा रहा है। वितरित ऊर्जा स्टेशनों द्वारा उत्पादित तरंगों में उच्च आवृत्ति और विस्तृत आवृत्ति परास के गुण होते हैं। एक सामान्य वितरित ऊर्जा स्टेशन में अनुनादी प्रवर्धन कारक, तरंग क्रम और संचरण दूरी के बीच संबंध होता है। संचरण ग्रिड में तरंगों के संचरण के दौरान, संचरण लाइनों में वितरित धारिता और पृष्ठभूमि तरंग वोल्टेज जैसे कारकों के प्रभाव के कारण धारा और वोल्टेज में अनुनादी प्रवर्धन होता है। विद्युत नेटवर्क में विस्तृत बैंड तरंगों की श्रृंखला-समानांतर अनुनाद समस्या को दबाने के लिए दो समाधान हैं, अर्थात: संचरण नेटवर्क के मापदंडों में परिवर्तन करके अनुनाद को दूर करना और समानांतर रिएक्टर्स के माध्यम से; उच्च वोल्टेज संकर एक्टिव पावर फिल्टर उपकरणों की स्थापना करके ग्रिड में प्रवाहित होने वाली तरंग धारा की मात्रा को कम करना।