पवन टरबाइन के लिए 3 फेज वोल्टेज नियामक: आउटपुट स्थिरीकरण

पवन ऊर्जा, नवीकरणीय ऊर्जा प्रौद्योगिकियों में से एक सबसे तेज़ी से बढ़ने वाली प्रौद्योगिकियों में से एक है; हालाँकि, इसकी एक मूलभूत समस्या है—यह भविष्यवाणी योग्य नहीं है। किसी पवन टरबाइन से निकलने वाला आउटपुट वोल्टेज, पवन की गति, झोंकों और अशांति में आने वाले परिवर्तनों के सीधे प्रतिक्रिया के रूप में लगातार बदलता रहता है। यह ग्रिड-कनेक्टेड प्रणालियों के लिए स्वीकार्य नहीं है, जहाँ वोल्टेज को बहुत संकीर्ण सहनशीलता के भीतर बनाए रखना आवश्यक है, और स्वतंत्र औद्योगिक लोड के लिए भी अस्वीकार्य है, जो अति-वोल्टेज या अल्प-वोल्टेज घटनाओं के कारण क्षतिग्रस्त हो सकते हैं। तीन-चरण वोल्टेज नियामक, टरबाइन से अस्थिर एसी शक्ति को स्थिर उपयोगी शक्ति में बदलने के लिए निम्नलिखित कार्य करते हैं।

तीव्र पवन गति परिवर्तनों के लिए समायोजन करना

हवा की गति कुछ सेकंड के भीतर कई मीटर प्रति सेकंड तक बदल सकती है; झोंके के कारण रोटर की गति बढ़ जाती है, जिससे जनरेटर वोल्टेज में वृद्धि होती है, या फिर हवा के कमजोर होने से वोल्टेज में गिरावट आती है। यह तीव्रता से बदलता हुआ वोल्टेज—नाममात्र वोल्टेज के ±15–30 प्रतिशत के भीतर—अधिकांश उपकरणों की क्षमता से परे है; पंप, मोटर और नियंत्रण परिपथ ट्रिप हो सकते हैं या विफल हो सकते हैं, जिससे अवांछित घटना उत्पन्न हो सकती है। पवन आधारित अनुप्रयोगों के लिए डिज़ाइन किया गया तीन-चरण वोल्टेज नियामक, तीव्र प्रतिक्रिया वाले SCR (थाइरिस्टर) या सर्वो मोटर द्वारा संचालित टैप-परिवर्तन प्रौद्योगिकी का उपयोग करता है, जो निरंतर आउटपुट वोल्टेज की निगरानी करता है और 20 से 40 मिलीसेकंड में नियामक टैप या फायरिंग कोण को समायोजित करता है—जो टरबाइन की यांत्रिक प्रतिक्रिया से कहीं अधिक तीव्र है। जैसे-जैसे हवा की गति अत्यधिक अस्थिर होती है, नियामक वोल्टेज को सेटपॉइंट के 3 से 5 प्रतिशत के भीतर बनाए रखता है और पवन-डीजल संकर प्रणालियों या छोटे ग्रिड-कनेक्टेड टरबाइनों के साथ उपयोग के लिए भेद्य लोड्स को अनावश्यक ट्रिपिंग से बचाता है।

टरबाइन असममिति से उत्पन्न असंतुलित इनपुट का संचालन

तीन-चरण वाले पवन टरबाइन जनरेटर (विशेष रूप से स्थायी चुंबक वाले) आमतौर पर पूर्णतः संतुलित वोल्टेज उत्पन्न नहीं करते हैं; ब्लेड की असममिति, यॉव मिसअलाइनमेंट या आंशिक रूप से छायांकित रोटर के कारण होने वाला चरणों के बीच 5–15% तक का असंतुलन, तीन-चरण मोटरों में अत्यधिक गर्मी उत्पन्न करता है, रेक्टिफायर की दक्षता कम करता है और हार्मोनिक धारा के उत्पादन का कारण बनता है। एक तीन-चरण वोल्टेज नियामक स्वतंत्र चरण नियंत्रण प्रदान करता है; यह प्रणाली प्रत्येक चरण को अलग से नियंत्रित करती है और प्रत्येक लाइन को अलग से बूस्ट या बक करके असंतुलन की भरपाई करती है। नियामक के आउटपुट पर 5–15% के असंतुलन को 1–2% तक कम किया जा सकता है। उन पवन टरबाइनों के लिए, जो पानी के पंप, कंप्रेसर या बैटरी चार्जर जैसे तीन-चरण लोड को शक्ति प्रदान करते हैं, यह असंतुलन लोड तक पहुँचना अवांछनीय है क्योंकि यह उपकरणों को क्षति पहुँचा सकता है या उनके प्रदर्शन में कमी कर सकता है। शक्ति गुणवत्ता कारक में सुधार होता है, जो एक मूल्य है जिसे ग्रिड कोड द्वारा बढ़ती मात्रा में निर्दिष्ट किया जा रहा है।

अतिगति अतिवोल्टेज घटनाओं से सुरक्षा प्रदान करना

तूफानी स्थितियों के दौरान, जब वायु वेग अधिकतम मान से ऊपर बढ़ जाता है, तो जनरेटर का वोल्टेज नाममात्र मान से काफी अधिक—अक्सर अधिकतम वोल्टेज के 130–150% तक—बढ़ सकता है। यदि यह वोल्टेज स्तर लंबे समय तक बना रहता है, तो यह विद्युत इन्सुलेशन को क्षतिग्रस्त कर सकता है, ट्रांसफार्मर्स को अतिउत्तेजित कर सकता है, और चर आवृत्ति ड्राइव (Variable Frequency Drives) या इन्वर्टर जैसे संवेदनशील इलेक्ट्रॉनिक लोड को नष्ट कर सकता है। एक तीन-चरणीय वोल्टेज नियामक (three phase voltage regulator), अति-गति के कारण होने वाली अति-वोल्टेज स्थितियों को नियंत्रित करता है जिसके लिए यह आउटपुट को सीमित करता है। ऐसी स्थिति में इनपुट वोल्टेज की निगरानी की जाती है; जब यह निर्धारित सीमा (आमतौर पर नाममात्र मान का 110–115%) से अधिक हो जाता है, तो आउटपुट को कम टैप मान पर कम कर दिया जाता है, या चरम स्थितियों में आंतरिक बायपास कॉन्टैक्टर का उपयोग करके लोड से डिस्कनेक्ट कर दिया जाता है। कुछ यूनिट्स विंड टरबाइन नियंत्रक को एक संकेत भेजती हैं ताकि टरबाइन ब्रेकिंग या पिच नियंत्रण को लागू किया जा सके, जिससे तूफानी स्थितियों में या उदाहरण के लिए ग्रिड विफलता के कारण उसकी शक्ति को आउटपुट न कर पाने की स्थिति में उपकरण की आपदाजनक विफलता को रोका जा सके।

बैटरी चार्जिंग और इन्वर्टर इनपुट के लिए आउटपुट को समतल करना

ऑफ-ग्रिड अनुप्रयोगों के लिए, बैटरी बैंक को अक्सर पवन टरबाइन से आवेशित किया जाता है या शक्ति को एसी लोड की आपूर्ति करने वाले इन्वर्टर की ओर मोड़ दिया जाता है; दोनों बैटरी चार्जिंग और इन्वर्टर इनपुट्स के लिए स्थिर वोल्टेज स्तर की आवश्यकता होती है। चार्जिंग के दौरान उच्च वोल्टेज स्तरों पर, अत्यधिक चार्जिंग धाराएँ ऐसे उच्च स्तरों पर प्रवाहित होती हैं, जिससे बैटरियाँ गैस उत्पन्न करती हैं और उनका जीवनकाल कम हो जाता है। इन्वर्टर इनपुट्स वोल्टेज रिपल के प्रति अत्यधिक संवेदनशील होते हैं, जो हार्मोनिक धाराएँ उत्पन्न करते हैं जिनसे शक्ति दक्षता कम हो जाती है। टरबाइन और बैटरी चार्जर या इन्वर्टर के बीच एक तीन-चरण वोल्टेज नियामक लगाकर टरबाइन का आउटपुट संशोधित किया जाता है। इन्वर्टर द्वारा संचालित लोड के लिए, इसका अर्थ है कि अधिक शुद्ध साइन तरंगें और कम हार्मोनिक्स प्राप्त होंगी। आउटपुट पर रिपल को ५ से १० गुना तक कम कर दिया जाता है। इसका अर्थ है कि कम वायु वेग पर, बैटरी को आवश्यक चार्ज वोल्टेज पर आपूर्ति की जाती है, जिससे सीधे जुड़े टरबाइन की तुलना में इसका जीवनकाल २० से ३०% तक बढ़ जाता है। शामिल किए गए कम वोल्टेज डिस्कनेक्ट सुरक्षा का उद्देश्य शामिल समय के दौरान बैटरी के अत्यधिक डिस्चार्ज को रोकना भी है।

हम तीन-चरण वोल्टेज नियामक प्रदान करते हैं, जो तेज़ हवा की गति में परिवर्तन की भरपाई करते हैं, टरबाइन की असममिति के कारण असंतुलित इनपुट को संभालते हैं, अतिवेग और अतिवोल्टेज घटनाओं से सुरक्षा प्रदान करते हैं तथा बैटरियों और इन्वर्टर इनपुट के आउटपुट वोल्टेज को सुचारू बनाते हैं। हमारे पास 20 वर्षों से अधिक का अनुभव है और 50,000 वर्ग मीटर से अधिक का उत्पादन क्षेत्र है, साथ ही हमारे स्वयं के घटक डिज़ाइन, बौद्धिक संपदा अधिकार और उद्योग के लिए राष्ट्रीय मानक निर्माता के रूप में हमारी भूमिका है, और हम तीन-चरण वोल्टेज नियामकों की आपूर्ति करते हैं ताकि पवन ऊर्जा उपयोग के योग्य और विश्वसनीय बनी रहे।