उच्च-वोल्टेज पूर्ण सेट्स बिजली की गुणवत्ता और स्थिरता में सुधार कैसे करते हैं?

वोल्टेज स्थिरता की समझ और उच्च-वोल्टेज पूर्ण सेट की भूमिका

आधुनिक पावर ग्रिड में वोल्टेज अस्थिरता की चुनौती

आज बिजली ग्रिड को वोल्टेज स्थिरता के संबंध में गंभीर समस्याओं का सामना करना पड़ रहा है, क्योंकि वे ऑनलाइन आ रही नवीकरणीय ऊर्जा के साथ-साथ मांग के लगातार बदलते पैटर्न को संभालने की कोशिश कर रहे हैं। सौर पैनल और पवन टर्बाइन पूरे दिन के दौरान लगातार बिजली उत्पादन नहीं करते हैं, जिसके कारण उत्पादन में अचानक गिरावट आने पर खराब वोल्टेज डिप आते हैं। इसी समय, ग्रिड से जुड़े उद्योगों के आईओटी उपकरण विद्युत संकेतों को बाधित कर रहे हैं, जिससे इंजीनियरों द्वारा 'हार्मोनिक डिस्टॉर्शन' की समस्या कहा जाता है। अंतर्राष्ट्रीय ऊर्जा एजेंसी की एक हालिया रिपोर्ट ने 2023 में एक काफी चिंताजनक बात का पता लगाया। ऐसे ग्रिड जिनमें डायनामिक वोल्टेज नियंत्रण प्रणाली नहीं होती है, उन्हें उचित उच्च वोल्टेज बुनियादी ढांचे वाले ग्रिड की तुलना में प्रति वर्ष लगभग 18% अधिक समय तक बंद रहना पड़ता है। उपयोगिता कंपनियों के लिए ऐसा बंद रहना तेजी से लागत बढ़ाता है।

उच्च वोल्टेज पूर्ण सेट कैसे स्थिर वोल्टेज प्रोफाइल बनाए रखते हैं

उच्च वोल्टेज प्रणालियों में स्थिरता को अनुकूली प्रतिक्रियाशील शक्ति क्षतिपूर्ति और प्रणाली पैरामीटर्स की निरंतर निगरानी जैसी चीजों से बढ़ावा मिलता है। इस सेटअप में आमतौर पर कैपेसिटर बैंक शामिल होते हैं जो उन झंझट भरे प्रेरक भारों को कम करने में मदद करते हैं, जबकि स्टैटिक वीएआर कंपेंसेटर या एसवीसी एकल चक्र के भीतर ही वास्तविक समय में त्वरित समायोजन करते हैं। कुछ नवीनतम उन्नत सेटअप वास्तव में फेजर मापन इकाइयों (PMUs) को शामिल करते हैं जो प्रति सेकंड लगभग 60 बार ग्रिड में क्या चल रहा है, यह जाँच सकते हैं। इससे प्रणाली में अचानक परिवर्तन या व्यवधान के समय तुरंत वोल्टेज सुधार की अनुमति मिलती है। यद्यपि ये प्रणाली अच्छी तरह काम करती हैं, सुविधा के आकार के आधार पर स्थापना लागत काफी अधिक हो सकती है।

केस अध्ययन: ग्रिड-एकीकृत माइक्रोग्रिड में वोल्टेज स्थिरता में सुधार

150 मेगावाट के तटीय माइक्रोग्रिड ने निम्नलिखित घटकों वाले उच्च वोल्टेज पूर्ण सेट स्थापित करने के बाद वोल्टेज विचलन में 62% की कमी की:

घटक	कार्य	प्रदर्शन में सुधार
डायनामिक वोल्टेज रेगुलेटर	वास्तविक समय में प्रतिक्रियाशील शक्ति इंजेक्शन	45% तेज़ प्रतिक्रिया
हार्मोनिक फ़िल्टर एर्रे	13वीं-क्रम के हार्मोनिक दमन	कुल विकृति (THD) कमी 8.2% से घटकर 2.1%
स्वचालित टैप चेंजर	ट्रांसफॉर्मर अनुपात समायोजन	±0.5% वोल्टेज सहिष्णुता

2024 में एक टाइफून के कारण ग्रिड अलगाव के दौरान, प्रणाली ने 99.98% वोल्टेज अनुपालन बनाए रखा।

प्रवृत्ति: वोल्टेज नियंत्रण के लिए प्रतिक्रियाशील शक्ति प्रबंधन के बढ़ते महत्व

उन क्षेत्रों में जहां ग्रिड मिश्रण का 40% से अधिक इन्वर्टर्स का होता है, प्रतिक्रियाशील शक्ति का प्रबंधन करना केवल उपयोगी नहीं रह गया है, बल्कि वोल्टेज को स्थिर रखने के लिए मूल रूप से आवश्यक हो गया है। आजकल नवीनतम उच्च वोल्टेज उपकरण मशीन लर्निंग तकनीक से लैस आते हैं। ये स्मार्ट प्रणाली वास्तव में वोल्टेज परिवर्तनों की भविष्यवाणी लगभग 15 मिनट पहले कर सकती हैं। पिछले साल की ग्रिड स्थिरता रिपोर्ट के अनुसार, इस तरह की दूरदर्शी दृष्टिकोण पुराने तरीकों की तुलना में आपातकालीन मरम्मत की आवश्यकता को लगभग एक तिहाई तक कम कर देता है, जो केवल तब प्रतिक्रिया करते हैं जब सीमाएं पार हो जाती हैं। यह तो समझ में आता है कि इतने सारे नवीकरणीय स्रोत ग्रिड के संचालन को कैसे बदल रहे हैं।

स्मार्ट ग्रिड में उच्च-वोल्टेज पूर्ण सेट के साथ बिजली गुणवत्ता संबंधी समस्याओं को कम करना

अरैखिक भारों के कारण होने वाली सामान्य बिजली गुणवत्ता चुनौतियाँ

चर गति ड्राइव और औद्योगिक रेक्टिफायर जैसे उपकरण हार्मोनिक विरूपण पैदा करते हैं, जिससे वोल्टेज स्तर बिगड़ जाते हैं और ऊर्जा ऊष्मा के रूप में बर्बाद हो जाती है। IEEE द्वारा पिछले साल प्रकाशित एक अध्ययन के अनुसार, ऐसे उपकरणों का उपयोग करने वाले लगभग 4 में से 10 कारखानों में वोल्टेज में ±8% से अधिक के उतार-चढ़ाव आते हैं। इससे मोटर्स जल्दी खराब हो जाती हैं और महंगे PLC सिस्टम भी अनावश्यक रूप से गड़बड़ करने लगते हैं। अच्छी खबर यह है कि उच्च वोल्टेज पूर्ण प्रणाली इन समस्याओं को हल कर सकती है, जैसे अवांछित आवृत्तियों को फ़िल्टर करना, चरणों को सही ढंग से संतुलित रखना और पूरे संयंत्र में आवृत्ति को स्थिर रखना। यद्यपि इन समाधानों को लागू करने के लिए सावधानीपूर्वक योजना बनाने की आवश्यकता होती है, कई निर्माताओं ने इन्हें बंद रहने के समय में कमी और दीर्घकालिक रखरखाव बचत दोनों के लिए लागत के लायक पाया है।

उच्च वोल्टेज पूर्ण सेट में फ़िल्टरिंग का उपयोग करके हार्मोनिक विरूपण में कमी

इन सिस्टम में आमतौर पर निष्क्रिय हार्मोनिक फ़िल्टर के साथ-साथ सक्रिय डैम्पिंग तकनीक शामिल होती है, जो कुल विरूपण (टोटल हार्मोनिक डिस्टॉर्शन या छोटे में THD) को कम करने में मदद करती है। अध्ययनों से पता चलता है कि इस्पात निर्माण संयंत्रों में उचित ढंग से ट्यून किए गए रिएक्टर-कैपेसिटर सेटअप THD को लगभग 85% तक कम कर सकते हैं, जिससे विरूपण के स्तर 4% से नीचे आ जाते हैं, जो आजकल अधिकांश ग्रिड आवश्यकताओं को पूरा करता है। कुछ नई उपकरणों में वास्तविक समय में प्रतिबाधा मिलान की क्षमता होती है, इसलिए वे स्वचालित रूप से अपनी फ़िल्टर सेटिंग्स को समायोजित कर सकते हैं जब भी वे आर्क फर्नेस और कंप्यूटर नियंत्रित मशीनिंग सेंटर जैसी चीजों से आने वाले पाँचवें या सातवें क्रम के हार्मोनिक्स से संबंधित समस्याएँ पकड़ते हैं।

केस अध्ययन: एकीकृत कैपेसिटर बैंक के साथ औद्योगिक सिस्टम में THD को कम करना

एक धातु प्रसंस्करण सुविधा ने अपने कुल विरूपण (टीएचडी) स्तर को 28% से घटाकर मात्र 4.2% तक ले जाने में सफलता प्राप्त की। उन्होंने उच्च वोल्टेज उपकरणों के साथ-साथ गतिशील संधारित्र बैंक लगाकर यह उल्लेखनीय परिणाम प्राप्त किया। यह प्रणाली उनके द्वारा संचालित 12 मेगावाट के बड़े प्रेरण विद्युत भट्ठियों के कारण उत्पन्न प्रतिक्रियाशील शक्ति की समस्या को दूर करने में बहुत प्रभावी रही। परिणामस्वरूप, चरम उत्पादन समय के दौरान व्यस्तता के बावजूद वोल्टेज लगभग ±2% के आसपास स्थिर बना रहा। आंकड़ों को देखें तो, मासिक ऊर्जा अपव्यय लगभग 19% तक घट गया। इसका अर्थ है कि प्रत्येक वर्ष लगभग 180 हजार डॉलर की बचत हो रही है। एक अन्य लाभ यह भी है कि संयंत्र में बिजली गुणवत्ता से संबंधित समस्याओं के कारण अप्रत्याशित रूप से बंद होने की घटनाएं 63% तक कम हो गईं, जैसा कि हमने उनकी 2023 की संचालन रिपोर्ट में देखा।

प्रतिक्रियाशील शक्ति क्षतिपूर्ति और गतिशील वोल्टेज नियमन

वोल्टेज उतार-चढ़ाव पर नवीकरणीय ऊर्जा की अस्थिरता का प्रभाव

सौर और पवन अनियमितता के कारण वोल्टेज में तेजी से उतार-चढ़ाव आता है। 2025 में प्रकाशित एक अध्ययन में पाया गया कि ऊर्जा अनुसंधान की सीमाएं बिखरे हुए सौर प्रणाली बादलों के आने के दौरान 12% तक वोल्टेज विचलन उत्पन्न कर सकती हैं। उच्च-वोल्टेज पूर्ण सेट आवश्यक शक्ति में स्वचालित समायोजन के माध्यम से इस समस्या का समाधान करते हैं, जो नवीकरणीय उत्पादन में उतार-चढ़ाव के बावजूद वोल्टेज को नाममात्र स्तर के ±5% के भीतर बनाए रखता है।

उन्नत वोल्टेज स्थिरता के लिए प्रतिक्रियाशील शक्ति नियंत्रण के सिद्धांत

गतिशील विनियमन सुनिश्चित करने के लिए आधुनिक प्रणालियाँ चार प्रमुख मोड में संचालित होती हैं:

1. स्थिर वोल्टेज नियंत्रण : पूर्वनिर्धारित वोल्टेज स्तर को बनाए रखता है
2. Q-V ड्रूप नियंत्रण : वोल्टेज मापन के आधार पर प्रतिक्रियाशील शक्ति को समायोजित करता है
3. पावर फैक्टर सुधार : वोल्टेज और धारा के चरणों को संरेखित करता है
4. अनुकूली क्षतिपूर्ति : 100ms प्रतिक्रिया समय के लिए स्थैतिक वार जनरेटर (SVGs) को संधारित्र बैंक के साथ जोड़ता है

अक्षय ऊर्जा वोल्टेज नियंत्रण अनुसंधान में दर्शाए गए अनुसार, यह बहु-मोड रणनीति केवल संधारित्र आधारित समाधानों की तुलना में वोल्टेज स्थिरता में 34% का सुधार करती है।

केस अध्ययन: पवन-संचालित ग्रिड प्रणालियों में गतिशील क्षतिपूर्ति

एक 400MW के अपतटीय पवन फार्म ने SVG ऐरे सहित उच्च वोल्टेज पूर्ण सेट को लागू करने के बाद वोल्टेज उल्लंघन की घटनाओं में 82% की कमी की:

घटक	कार्य	प्रदर्शन में सुधार
SVG ऐरे	गतिशील प्रतिक्रियाशील समर्थन	150MVAR/s प्रतिक्रिया दर
SCADA प्रणाली	वास्तविक समय निगरानी	95% दोष पूर्वानुमान शुद्धता
हाइब्रिड संधारित्र	स्थिर-अवस्था क्षतिपूर्ति	स्विचिंग नुकसान में 18% की कमी

प्रणाली ने 15 मीटर/सेकंड तक की पवन गति में उतार-चढ़ाव के दौरान 0.98 शक्ति गुणांक बनाए रखा, जो अक्षय ऊर्जा एकीकरण के लिए मजबूत प्रदर्शन को दर्शाता है।

उच्च वोल्टेज पूर्ण सेट में संधारित्र बैंक और शक्ति गुणांक सुधार का अनुकूलन

उन्नत प्रणालियों में स्व-ट्यूनिंग संधारित्र बैंक होते हैं जो वास्तविक समय में भार विश्लेषण के आधार पर क्षतिपूर्ति को अनुकूलित करते हैं। जब एसवीजी प्रौद्योगिकी के साथ जोड़ा जाता है, तो वे प्राप्त करते हैं:

• 92% हार्मोनिक फ़िल्टरिंग दक्षता
• 0.5 सेकंड में शक्ति गुणांक सुधार
• ट्रांसमिशन नुकसान में 41% की कमी (नेचर एनर्जी रिपोर्ट्स, 2025)

यह अनुकूलन 132kV से 400kV तक के नेटवर्क में निरंतर वोल्टेज नियमन को मैन्युअल हस्तक्षेप के बिना सक्षम बनाता है—30% से अधिक अक्षय ऊर्जा प्रवेश वाले ग्रिड के लिए महत्वपूर्ण।

उच्च वोल्टेज पूर्ण सेट के माध्यम से ग्रिड लचीलापन और विश्वसनीयता को मजबूत करना

लोड में उतार-चढ़ाव और वितरित उत्पादन से उत्पन्न ग्रिड स्थिरता के जोखिमों का समाधान

तीव्र लोड में उतार-चढ़ाव और परिवर्तनशील वितरित उत्पादन स्रोतों के कारण ग्रिड को गंभीर चुनौतियों का सामना करना पड़ रहा है। 2020 के बाद से प्रति वर्ष लगभग 12% की दर से बिजली की अधिकतम मांग में वृद्धि हुई है, जिसके बारे में सोचने पर आश्चर्य होता है। 2021 में ब्रैटल ग्रुप द्वारा किए गए शोध के अनुसार, उच्च वोल्टेज प्रणाली जैसी कुछ ग्रिड सुधार प्रौद्योगिकियां उन क्षेत्रों में वोल्टेज उतार-चढ़ाव को लगभग 40% तक कम कर सकती हैं जहां नवीकरणीय स्रोतों का उत्पादन कुल बिजली उत्पादन का एक तिहाई से अधिक है। ये प्रणालियां वास्तविक समय में प्रतिक्रियाशील शक्ति प्रवाह को समायोजित करके अप्रत्याशित लोड परिवर्तन के दौरान नेटवर्क को स्थिर रखने में मदद करती हैं। ऐसा विशेष रूप से उन क्षेत्रों में महत्वपूर्ण हो जाता है जहां सौर पैनल और पवन टर्बाइन पहले से ही बिजली की लगभग आधी आवश्यकताओं की पूर्ति करते हैं।

उच्च-वोल्टेज बुनियादी ढांचे का उपयोग करके आधुनिक नेटवर्क में पावर प्रवाह प्रबंधन

उच्च-वोल्टेज पूर्ण सेट निम्नलिखित के माध्यम से सटीक बिजली वितरण नियंत्रण को सक्षम करते हैं:

• ट्रांसमिशन बोझ को रोकने के लिए वास्तविक समय में प्रतिबाधा मिलान
• प्राग्नोस्टिक लोड बैलेंसिंग एल्गोरिदम जो भीड़-भाड़ की लागत में $1.1 बिलियन/वर्ष की बचत करते हैं (रॉकी माउंटेन इंस्टीट्यूट, 2023)
• एकीकृत STATCOM प्रणालियाँ 50MW/मिनट से अधिक वाली वायु वृद्धि घटनाओं के दौरान ±0.8% वोल्टेज सहिष्णुता बनाए रखती हैं

यह बुनियादी ढांचा नई लाइनों के बिना मौजूदा ट्रांसमिशन क्षमता में 18–22% की वृद्धि करता है, जो प्रति वर्ष 21GW वितरित ऊर्जा संसाधनों के योगदान का समर्थन करता है।

उच्च वोल्टेज पूर्ण सेट के साथ लचीली ग्रिड बनाने के लिए रणनीतियाँ

1. उप-10ms वोल्टेज डिप के लिए प्रतिक्रिया करने के लिए 115kV+ सबस्टेशन पर मॉड्यूलर कैपेसिटर बैंक स्थापित करें
2. आउटेज की अवधि में 63% की कमी के लिए एआई-संचालित दोष धारा सीमक का उपयोग करें
3. उच्च वोल्टेज प्रणालियों को नाममात्र भार में 150% के झटकों को सहने के लिए ग्रिड कोड को मानकीकृत करें
4. उप-चक्र विसंगति का पता लगाने के लिए प्रत्येक 50 मील पर फेज़र मापन इकाइयों (PMUs) को तैनात करें

इन उपायों के साथ मिलकर पायलट तैनाती में प्रणाली-व्यापी SAIDI (औसत अवरोध अवधि) में 41% की कमी आई है।

सामान्य प्रश्न अनुभाग

आधुनिक बिजली ग्रिड में वोल्टेज अस्थिरता के क्या कारण हैं?

वोल्टेज अस्थिरता का प्राथमिक कारण नवीकरणीय ऊर्जा स्रोतों का एकीकरण, असंगत बिजली उत्पादन, और औद्योगिक IoT गैजेट्स से आरोही विकृति है।

उच्च-वोल्टेज पूर्ण सेट वोल्टेज स्थिरता में सुधार कैसे करते हैं?

उच्च-वोल्टेज पूर्ण सेट प्रतिक्रियाशील शक्ति क्षतिपूर्ति में अनुकूलनशीलता और निरंतर निगरानी के माध्यम से स्थिरता में सुधार करते हैं, जिससे प्रणाली में अचानक परिवर्तन के दौरान त्वरित वोल्टेज सुधार संभव होता है।

स्मार्ट ग्रिड में उच्च-वोल्टेज पूर्ण सेट द्वारा संबोधित किए जाने वाले कुछ चुनौतियाँ क्या हैं?

वे आरोही विकृति, अरैखिक भारों से बिजली गुणवत्ता संबंधी समस्याओं और वोल्टेज झूलन जैसी चुनौतियों को संबोधित करते हैं, जिससे ग्रिड प्रदर्शन में सुधार होता है और बंद होने के समय में कमी आती है।