सौर पीवी, बैटरी स्टोरेज और वितरण ट्रांसफॉर्मर को माइक्रोग्रिड में कैसे एकीकृत करें

एक माइक्रोग्रिड का वर्णन अक्सर उसके स्रोतों—फोटोवोल्टिक (पीवी) ऐरे और बैटरी रैक्स—द्वारा किया जाता है, लेकिन वह उपकरण जो यह निर्धारित करता है कि ये स्रोत वास्तव में एक साथ सुचारू रूप से काम करते हैं, मध्य में स्थित होता है: ट्रांसफार्मर । ग्रिड-टाइड मोड में, यह एक शक्ति चैनल है। आइलैंडेड मोड में, यह पूरे प्रणाली के वोल्टेज और आवृत्ति संदर्भ का हिस्सा बन जाता है। अतः पीवी–पीसीएस–ट्रांसफॉर्मर–लोड संबंध को सही ढंग से स्थापित करना कोई खरीद प्रक्रिया का विवरण नहीं है; यह एक वास्तुकला निर्णय है जो यह तय करता है कि क्या एक माइक्रोग्रिड स्थिर, कुशल और दीर्घायु होगा।

विद्युत श्रृंखला: पीवी, पीसीएस, ट्रांसफॉर्मर, लोड

एक विशिष्ट एसी-युग्मित माइक्रोग्रिड एक स्पष्ट क्रम का पालन करता है। फोटोवोल्टिक (पीवी) स्ट्रिंग्स डीसी को पावर कन्वर्ज़न सिस्टम (पीसीएस) में आपूर्ति करती हैं, जिसमें इन्वर्टर और मध्यम-वोल्टेज डिज़ाइन में एक उच्च-वोल्टेज ट्रांसफॉर्मर शामिल होता है। पीसीएस का आउटपुट मध्यम वोल्टेज तक बढ़ाया जाता है, एकत्रित किया जाता है, और फिर वितरण ट्रांसफॉर्मर के माध्यम से लोड की ओर कम किया जाता है। बैटरी भंडारण एक द्वि-दिशात्मक पीसीएस के माध्यम से उसी एसी बस से जुड़ता है, जिससे चार्ज और डिस्चार्ज शक्ति दोनों दिशाओं में प्रवाहित हो सकती है।

ट्रांसफॉर्मर की भूमिका स्थान के अनुसार भिन्न होती है। स्टेप-अप ट्रांसफॉर्मर उत्पादन की ओर के ट्रांसफॉर्मर मुख्य रूप से ऊर्जा उत्पादन वाले अनुप्रयोगों के लिए कार्य करते हैं, जो इन्वर्टर-स्तर के वोल्टेज (४८०–६०० वी) को संग्रह और संचरण के लिए १० केवी, ३४.५ केवी या उच्चतर तक बढ़ाते हैं। वितरण ट्रांसफॉर्मर लोड की ओर के ट्रांसफॉर्मर विपरीत कार्य करते हैं, जो मध्यम वोल्टेज को उपयोग के स्तर तक कम करते हैं। एक माइक्रोग्रिड में, दोनों कार्यों का सह-अस्तित्व होना आवश्यक है, और अक्सर एक ही ट्रांसफॉर्मर को पीवी के निर्यात करने या बैटरी के चार्ज होने के आधार पर शक्ति प्रवाह को *दोनों* दिशाओं में समर्थन देना होता है।

ट्रांसफॉर्मर का आकार इन्वर्टर आउटपुट के विपरीत निर्धारित करना

ट्रांसफॉर्मर क्षमता को इन्वर्टर के नामपट्ट एसी आउटपुट की सरल १:१ प्रतिलिपि के रूप में नहीं माना जाना चाहिए। उद्योग के अभ्यास में इन्वर्टर के एसी नामांकित आउटपुट पर लगभग १.१० से १.२५ का अतिआकारण गुणक लागू किया जाता है, जिसे वातावरणीय तापमान और ऊँचाई के अनुसार समायोजित किया जाता है। तर्क स्पष्ट है: इन्वर्टर क्षणिक रूप से अधिभारित हो सकते हैं, हार्मोनिक धाराएँ तापीय भार जोड़ती हैं, और ट्रांसफॉर्मर को द्वीपीय मोड में प्रतिक्रियाशील शक्ति को बिना संतृप्त हुए वहन करना होता है।

इसी समय, ट्रांसफॉर्मर की नामांकित केवीए क्षमता होनी चाहिए बराबर या उससे अधिक उससे जुड़े सभी इन्वर्टरों के कुल नामांकित आउटपुट के—समन्वित सुरक्षा और वोल्टेज नियमन के लिए एक आधारभूत आवश्यकता। १ एमडब्ल्यू पीवी ब्लॉक के लिए, १२५० केवीए उत्थान ट्रांसफॉर्मर एक सामान्य विकल्प है; लागत बचाने के लिए छोटे आकार के ट्रांसफॉर्मर का चुनाव अक्सर तापीय रुकावट का कारण बनता है, विशेष रूप से जब पीवी और बैटरी डिस्चार्ज एक साथ होते हैं।

हार्मोनिक्स, विपरीत शक्ति प्रवाह और तापीय तनाव

फोटोवोल्टिक इन्वर्टर और बैटरी पावर कन्वर्जन सिस्टम यूनिट्स गैर-रैखिक स्रोत हैं। जब कई ऐसे उपकरण एक ही ट्रांसफॉर्मर पर संचालित होते हैं, तो हार्मोनिक धाराएँ अधिभारित हो जाती हैं और वाइंडिंग्स तथा कोर में आवृत्ति-निर्भर अतिरिक्त हानियाँ उत्पन्न करती हैं। यह समस्या उल्टी पावर फ़्लो : जैसे-जैसे फोटोवोल्टिक प्रवेश बढ़ता है, ट्रांसफॉर्मर घंटों तक शक्ति को वापस ग्रिड या सामान्य संयुक्त बिंदु की ओर निर्यात कर सकता है, जो एक ऐसी स्थिति है जिसके लिए पारंपरिक वितरण ट्रांसफॉर्मर को अनुकूलित नहीं किया गया था।

प्रयोगात्मक और मॉडलिंग कार्य से ऊष्मीय परिणाम स्पष्ट होते हैं। पूर्ण भार के विपरीत शक्ति प्रवाह के साथ-साथ हार्मोनिक विकृति के तहत, ट्रांसफॉर्मर के जीवनकाल की अपेक्षा लगभग 8.3%, और गर्म बिंदुओं का स्थानांतरण इस प्रकार होता है कि विद्युतरोधी वयस्कता तीव्र हो जाती है। उन माइक्रोग्रिड्स में जो आयात और निर्यात के बीच बार-बार स्विच करते हैं, चक्रीय कार्यभार औसत भारण से अधिक महत्वपूर्ण होता है: ऊष्मीय वयस्कता शिखर तापमान और चक्र गिनती पर जमा होती है, न कि चिकने दैनिक औसत पर।

माइक्रोग्रिड सेवा के लिए निर्दिष्ट ट्रांसफॉर्मर्स को के-फैक्टर या हार्मोनिक-सहनशील डिज़ाइन, पर्याप्त शीतलन और बार-बार तापीय चक्रण के लिए अनुमत इन्सुलेशन प्रणाली की आवश्यकता होती है—केवल उच्च केवीए लेबल वाली मानक वितरण इकाई नहीं।

ग्रिड-टाइड बनाम आइलैंडेड: एक ही फ्रेम में दो अलग-अलग मशीनें

ग्रिड-टाइड संचालन में, यूटिलिटी वोल्टेज और आवृत्ति निर्धारित करती है; ट्रांसफॉर्मर मुख्य रूप से शक्ति को पारित करता है और गैल्वेनिक अलगाव प्रदान करता है। जैसे ही सामान्य संयोजन बिंदु खुलता है, गतिशीलता में परिवर्तन आ जाता है। ट्रांसफॉर्मर को बीईएसएस और पीवी इन्वर्टर्स के साथ काम करने की आवश्यकता हो सकती है, ताकि वोल्टेज और आवृत्ति को स्थिर रखा जा सके , चुंबकीय प्रवाह के आकस्मिक झटके को अवशोषित किया जा सके, और मोटर प्रारंभ करने की धाराओं के माध्यम से संचालन जारी रखा जा सके, जिन्हें पहले मुख्य ग्रिड द्वारा आपूर्ति की जाती थी।

ग्राउंडिंग सबसे अधिक अनदेखी की जाने वाली भिन्नता है। जब माइक्रोग्रिड आइलैंडेड हो जाता है, तो यूटिलिटी का न्यूट्रल ग्राउंडिंग संदर्भ समाप्त हो जाता है। बिना किसी भू-संपर्क ट्रांसफार्मर एकल-चरण-से-भूमि दोष में कोई कम-प्रतिबाधा वापसी पथ नहीं होता; सुरक्षा उपकरण दोष को नहीं देख सकते, और अतिवोल्टेज इन्सुलेशन को तनाव में डाल सकता है। प्रतिबाधा का चयन भी उतना ही महत्वपूर्ण है: एक कम-प्रतिबाधा ट्रांसफॉर्मर वोल्टेज नियमन को कड़ा कर देता है, लेकिन दोष धारा को बढ़ा देता है, जिससे प्रत्येक अधोस्थित ब्रेकर और स्विचगियर की रेटिंग को पुनः संशोधित करने की आवश्यकता पड़ती है। अतः एक माइक्रोग्रिड ट्रांसफॉर्मर को दो संचालन वास्तविकताओं—सामान्य ग्रिड-जुड़े लोडिंग और आइलैंडेड दोष/वोल्टेज समर्थन—के आधार पर निर्दिष्ट किया जाना चाहिए, न कि केवल एक के आधार पर।

इंटरफ़ेस और ज़िम्मेदारी की सीमाओं की योजना बनाना

तकनीकी एकीकरण व्यावसायिक रूप से विफल हो जाता है जब ज़िम्मेदारी की सीमाएँ अस्पष्ट होती हैं। उभयनिष्ठ संयोजन बिंदु (पीसीसी) यह प्राकृतिक भौतिक और अनुबंधात्मक अलगाव है: वितरण प्रणाली संचालक पीसीसी तक ग्रिड का प्रबंधन करता है, और माइक्रोग्रिड संचालक उसके पीछे के सभी कार्यों का प्रबंधन करता है। व्यवहार में, हालाँकि, अंतर-संबंध लाइन, स्टेप-अप स्टेशन और वितरण संपत्ति के स्वामित्व का निर्धारण अक्सर अस्पष्ट रहता है, और माइक्रोग्रिड के कारण आवश्यक ग्रिड दृढ़ीकरण के लिए निवेश दायित्व को लेकर अक्सर विवाद होता है।

एक कार्यात्मक इंटरफ़ेस योजना स्पष्ट रूप से चार बातों को निर्धारित करती है: उपकरण स्वामित्व (ट्रांसफॉर्मर, स्विचगियर और सुरक्षा रिले का स्वामित्व किसके पास है), सेटिंग अधिकार (पीसीसी पर सुरक्षा और नियंत्रण कौन कॉन्फ़िगर करता है), परीक्षण दायित्व (आइलैंडिंग डिटेक्शन और ग्राउंडिंग प्रदर्शन का उद्घाटन कौन करता है), और डेटा और नियंत्रण सीमाएँ (सूक्ष्मग्रिड नियंत्रक के आदेश देने की क्षमता बनाम उपयोगिता द्वारा बनाए रखी गई क्षमता)। ऐसे उपकरण जो स्पष्ट भौतिक सीमांकन का समर्थन करते हैं—विभाजित स्विचगियर, समर्पित अर्थिंग ट्रांसफॉर्मर बे, और परिभाषित सुरक्षा इंटरफ़ेस के साथ ट्रांसफॉर्मर पैकेज—चालू करने और द्वीपीय परीक्षणों के दौरान अन्यथा उभरने वाले घर्षण को कम करते हैं।

जहाँ उपकरण का चयन एकीकरण रणनीति बन जाता है

उपरोक्त तकनीकी आवश्यकताएँ कुछ सीमित उपकरण निर्णयों पर एकत्रित होती हैं। फोटोवोल्टिक उत्थान ट्रांसफॉर्मर और संक्षिप्त उप-केंद्र को हार्मोनिक सहनशीलता, विपरीत-शक्ति तापीय सीमाएँ, और K-फैक्टर-आधारित डिज़ाइन की आवश्यकता होती है। वितरण ट्रांसफॉर्मर लोड पक्ष पर स्थित उपकरणों को द्वीपीय दोष स्तरों के साथ संगत प्रतिबाधा और अर्थिंग विन्यास की आवश्यकता होती है। स्विचगियर इन्हें दो स्रोत प्रणालियों—उपयोगिता और द्वीपीय उत्पादन—के बीच सुरक्षा समन्वय करना चाहिए, बिना प्रत्येक मोड परिवर्तन के बाद पुनः रेटिंग की आवश्यकता के।

इन कार्यों को इंजीनियर्ड पैकेज में एकीकृत करना, बजाय उन्हें स्वतंत्र घटकों के रूप में खरीदने के, विशिष्टता से लेकर एक ऐसे माइक्रोग्रिड तक के मार्ग को छोटा करता है जो वास्तव में अलग हो सके और विश्वसनीय रूप से पुनः जुड़ सके। ट्रांसफॉर्मर माइक्रोग्रिड में सबसे दृश्यमान संपत्ति नहीं है, लेकिन यह एकमात्र घटक है जिसकी विशिष्टता चुपचाप यह निर्धारित करती है कि पीवी, संग्रहण और भार एक प्रणाली के रूप में काम करते हैं या भागों के संग्रह के रूप में।

अनुप्रयोग परिदृश्य

अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न

पीवी इन्वर्टर आउटपुट के साथ ट्रांसफॉर्मर को मिलाने के लिए कौन सा अतिरिक्त आकार कारक लागू किया जाना चाहिए?

उद्योग के अभ्यास में इन्वर्टर के एसी नामांकित आउटपुट पर 1.10 से 1.25 का अतिरिक्त आकार निर्धारित करने की सिफारिश की जाती है, जिसे वातावरणीय तापमान और ऊँचाई के अनुसार समायोजित किया जाता है। यह क्षणिक इन्वर्टर अतिभार, हार्मोनिक तापन भार, और द्वीपीय मोड में प्रतिक्रियाशील शक्ति की आवश्यकताओं को ध्यान में रखता है।

फोटोवोल्टिक और बैटरी इन्वर्टरों से उत्पन्न हार्मोनिक्स ट्रांसफॉर्मर के जीवनकाल को कैसे प्रभावित करते हैं?

गैर-रैखिक स्रोतों से उत्पन्न हार्मोनिक धाराएँ ट्रांसफॉर्मर पर अध्यारोपित हो जाती हैं, जिससे वाइंडिंग और कोर में आवृत्ति-निर्भर अतिरिक्त हानियाँ उत्पन्न होती हैं। पूर्ण भार विपरीत शक्ति प्रवाह के साथ-साथ हार्मोनिक विकृति के तहत, ट्रांसफॉर्मर के जीवनकाल की अपेक्षा लगभग 8.3% तक कम हो सकती है। सूक्ष्म ग्रिड अनुप्रयोगों के लिए के-फैक्टर या हार्मोनिक-सहनशील डिज़ाइन आवश्यक हैं।

ग्रिड-जुड़े और द्वीपीय ट्रांसफॉर्मर संचालन के बीच मुख्य अंतर क्या है?

ग्रिड-जुड़े मोड में, उपयोगिता वोल्टेज और आवृत्ति को स्थापित करती है, जबकि ट्रांसफॉर्मर शक्ति को प्रवाहित करता है और विद्युत अलगाव प्रदान करता है। आइलैंडेड मोड में, ट्रांसफॉर्मर को BESS और PV इन्वर्टर्स के साथ मिलकर काम करना आवश्यक होता है ताकि वोल्टेज और आवृत्ति को स्थिर रखा जा सके, चुंबकीय प्रवाह के आकस्मिक झटके को अवशोषित किया जा सके, और मोटर प्रारंभ करने की धाराओं के माध्यम से गुज़रा जा सके जो पहले मुख्य ग्रिड द्वारा आपूर्ति की जाती थीं।

आइलैंडेड माइक्रोग्रिड में ग्राउंडिंग ट्रांसफॉर्मर की आवश्यकता क्यों होती है?

जब माइक्रोग्रिड आइलैंड हो जाता है, तो उपयोगिता का तटस्थ ग्राउंडिंग संदर्भ समाप्त हो जाता है। ग्राउंडिंग ट्रांसफॉर्मर के बिना, एकल-चरण-से-भू-संपर्क दोष के लिए कोई कम-प्रतिबाधा वापसी पथ नहीं होता; संरक्षण उस दोष का पता नहीं लगा सकता, और अतिवोल्टेज संपूर्ण प्रणाली में विद्युत रोधन को तनाव में डाल सकता है।

माइक्रोग्रिड ऑपरेटर और उपयोगिता के बीच ज़िम्मेदारी की सीमाओं को कैसे परिभाषित किया जाना चाहिए?

सामान्य कपलिंग बिंदु (पीसीसी) प्राकृतिक अलगाव के रूप में कार्य करता है। एक कार्ययोग्य योजना में स्पष्ट रूप से उपकरण स्वामित्व, सुरक्षा सेटिंग अधिकार, आइलैंडिंग डिटेक्शन और ग्राउंडिंग के लिए परीक्षण ज़िम्मेदारी, और माइक्रोग्रिड नियंत्रक और यूटिलिटी के बीच डेटा/नियंत्रण सीमाओं को निर्धारित किया गया है।

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