सिंक्रोन्टर

तुल्यकालिक इन्वर्टर या वर्चुअल तुल्यकालिक जेनरेटर पावर इन्वर्टर हैं जो तुल्यकालिक जनरेटर (एसजी) की नकल करते हैं सहायक सेवाओं (विद्युत शक्ति) के लिए कृत्रिम जड़ता प्रदान करने के लिए। जड़त्वीय प्रतिक्रिया मानक तुल्यकालिक मोटर की एक संपत्ति है जो प्रणाली के घूर्णन भौतिक द्रव्यमान से जुड़ी होती है जो उत्पन्न होने वाली बिजली के आनुपातिक आवृत्ति पर घूमती है। जड़ता का ग्रिड स्थिरता के प्रति निहितार्थ है क्योंकि कताई भौतिक द्रव्यमान की गतिज ऊर्जा को बदलने के लिए कार्य की आवश्यकता होती है और इसलिए ग्रिड आवृत्ति में परिवर्तन का विरोध करता है। इन्वर्टर-आधारित पीढ़ी में स्वाभाविक रूप से इस संपत्ति का अभाव है क्योंकि विद्युत इलेक्ट्रॉनिक्स के माध्यम से तरंग को कृत्रिम रूप से बनाया जा रहा है।

पृष्ठभूमि
मानक पलटनेवाला  बहुत कम जड़त्व वाले तत्व होते हैं। क्षणिक अवधि के दौरान जो ज्यादातर लो वोल्टेज राइड थ्रू या निम्नलिखित बिजली संयंत्र लोड करें के कारण होते हैं, वे तेजी से बदलावों का पालन करते हैं और बदतर स्थिति पैदा कर सकते हैं, लेकिन तुल्यकालिक जनरेटर में एक उल्लेखनीय जड़ता होती है जो उनकी स्थिरता को बनाए रख सकती है।

ग्रिड को एक विशिष्ट उपयोगिता आवृत्ति पर संचालित करने के लिए बनावट किया गया है। जब बिजली की आपूर्ति और मांग पूरी तरह से संतुलित होती है तो ग्रिड आवृत्ति अपनी नाममात्र आवृत्ति पर बनी रहेगी। हालांकि, आपूर्ति और मांग में किसी भी असंतुलन से इस नाममात्र आवृत्ति से विचलन होगा। यह बिजली उत्पादन के लिए मानक है और मांग पूरी तरह से संतुलित नहीं है, लेकिन असंतुलन को इस तरह से नियंत्रित किया जाता है कि ग्रिड आवृत्ति ±0.05 के एक छोटे बैंड के भीतर बनी रहे{{nbsp}हज़। एक तुल्यकालिक जनरेटर का घूर्णन द्रव्यमान आवृत्ति में परिवर्तन का प्रतिकार करने के लिए ग्रिड के लिए गतिज ऊर्जा के एक बैंक के रूप में कार्य करता है - यह या तो ग्रिड से शक्ति प्रदान या अवशोषित कर सकता है - विद्युत शक्ति आपूर्ति और मांग के असंतुलन के कारण - गतिज ऊर्जा के रूप में तेज या धीमा होना। गतिज ऊर्जा में परिवर्तन आवृत्ति में परिवर्तन के समानुपाती होता है। क्योंकि यह घूर्णन द्रव्यमान को गति देने या धीमा करने के लिए काम करता है, यह जड़ता सक्रिय शक्ति असंतुलन के प्रभाव को कम करती है और इसलिए आवृत्ति को स्थिर करती है। क्योंकि इन्वर्टर-आधारित पीढ़ी में स्वाभाविक रूप से जड़ता का अभाव होता है, इन्वर्टर-आधारित नवीकरणीय ऊर्जा उत्पादन की बढ़ती पैठ बिजली प्रणाली की विश्वसनीयता अभियांत्रिकी को खतरे में डाल सकती है।

इसके अलावा अक्षय ऊर्जा स्रोतों (आरईएस) की परिवर्तनशीलता, मुख्य रूप से फोटोवोल्टाइक्स (पीवी) और पवन ऊर्जा से संबंधित, बिजली असंतुलन की अधिक लगातार क्षणिक अवधि बनाकर इस मुद्दे को बढ़ा सकती है। सैद्धांतिक रूप से, इन्वर्टर-आधारित पीढ़ी को इसके विद्युत टॉर्क (सक्रिय पावर उत्पादन) को बदलकर आवृत्ति असंतुलन का जवाब देने के लिए नियंत्रित किया जा सकता है। कृत्रिम जड़ता को "एक इकाई से विद्युत टोक़ के नियंत्रित योगदान के रूप में परिभाषित किया गया है जो इकाई के टर्मिनलों पर आवृत्ति (RoCoF) के परिवर्तन की दर के समानुपाती है।" हालाँकि, इस RoCoF पर प्रतिक्रिया करने की क्षमता रखने के लिए, भाग लेने वाले जनरेटर को अपने अधिकतम उत्पादन से नीचे के स्तर पर काम करना होगा, ताकि उनके उत्पादन का एक हिस्सा इस विशेष प्रतिक्रिया के लिए आरक्षित रहे। इसके अलावा, उत्पादन की अंतर्निहित परिवर्तनशीलता जनरेटर की कृत्रिम जड़ता प्रदान करने की क्षमता को सीमित करती है। एक विश्वसनीय और तेज़-अभिनय बिजली आपूर्ति के लिए यह आवश्यकता इन्वर्टर-आधारित ऊर्जा भंडारण को कृत्रिम जड़ता प्रदान करने के लिए एक बेहतर उम्मीदवार बनाती है।

इतिहास
हाइड्रो-क्यूबेक ने 2005 में पहले ग्रिड ऑपरेटर के रूप में कृत्रिम जड़ता की आवश्यकता शुरू कर दी थी। सहायक सेवाओं (विद्युत शक्ति) आवृत्ति नियंत्रण का मुकाबला करने के लिए, ग्रिड ऑपरेटर एक पवन टरबाइन डिजाइन ब्लेड की जड़ता के क्षण के साथ पावर इलेक्ट्रॉनिक्स को जोड़कर अस्थायी 6% बिजली की वृद्धि की मांग करता है। इसी तरह की आवश्यकताएं 2016 में यूरोप में लागू हुईं, और 2020 में ऑस्ट्रेलिया।

सिंक्रोन्टर मॉडल
सिंक्रोन्टर संरचना को दो भागों में विभाजित किया जा सकता है: पावर भाग (चित्र 2 देखें) और इलेक्ट्रॉनिक भाग। पावर भाग पुल, फिल्टर सर्किट, पावर लाइन इत्यादि सहित ऊर्जा परिवर्तन और स्थानांतरण पथ है। इलेक्ट्रॉनिक भाग सेंसर और डिजिटल सिग्नल प्रोसेसर (डीएसपी) सहित मापने और नियंत्रण इकाइयों को संदर्भित करता है।

मॉडलिंग सिंक्रोन्टर में महत्वपूर्ण बिंदु यह सुनिश्चित करना है कि इसका तुल्यकालिक जनरेटर के समान गतिशील व्यवहार हो (चित्र 3 देखें)। इस मॉडल को इसकी जटिलता के कारण 2-ऑर्डर से 7-ऑर्डर मॉडल में वर्गीकृत किया गया है। हालांकि, सटीकता और जटिलता के बीच उचित समझौता के कारण 3-ऑर्डर मॉडल का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।
 * $$V_{q} = \omega ( E_{q}+x_{d}.i_{d} )+i_{q} .R_{s}$$
 * $$V_{d} = \omega ( E_{d}+x_{q}.i_{q} )+i_{d} .R_{s}$$

कहाँ $$V_{d}$$ और $$V_{q}$$ टर्मिनल वोल्टेज के dq-अक्ष घटक हैं।

जबकि सिंक्रोन्टर टर्मिनल वोल्टेज और करंट इन समीकरणों को संतुष्ट करते हैं, तुल्यकालिक को तुल्यकालिक जनरेटर के रूप में देखा जा सकता है। यह इसे एक तुल्यकालिक जनरेटर मॉडल द्वारा प्रतिस्थापित करना और समस्याओं को आसानी से हल करना संभव बनाता है।

नियंत्रण रणनीति
जैसा कि चित्र 3 में दिखाया गया है, जब इन्वर्टर को वोल्टेज स्रोत के रूप में नियंत्रित किया जाता है, तो इसमें ग्रिड के साथ सिंक्रनाइज़ करने के लिए एक सिंक्रोनाइज़ेशन यूनिट और ग्रिड के साथ एक्सचेंज की गई वास्तविक शक्ति और प्रतिक्रियाशील शक्ति को विनियमित करने के लिए एक पावर लूप होता है। तुल्यकालन इकाई को अक्सर आवृत्ति और आयाम प्रदान करने की आवश्यकता होती है। लेकिन जब इन्वर्टर को वर्तमान स्रोत के रूप में नियंत्रित किया जाता है, तो सिंक्रनाइज़ेशन इकाई को अक्सर केवल ग्रिड का चरण प्रदान करने की आवश्यकता होती है, इसलिए इसे वर्तमान स्रोत के रूप में नियंत्रित करना बहुत आसान होता है। चूंकि एक तुल्यकालिक जनरेटर ग्रिड के साथ स्वाभाविक रूप से सिंक्रनाइज़ होता है, इसलिए सिंक्रनाइज़ेशन फ़ंक्शन को सिंक्रनाइज़ेशन इकाई के बिना पावर कंट्रोलर में एकीकृत करना संभव है। इसका परिणाम कॉम्पैक्ट नियंत्रण इकाई में होता है, जैसा कि चित्र 4 में दिखाया गया है।

पीवी
जैसा कि पहले उल्लेख किया गया है, सिंक्रोनवर्टर्स को तुल्यकालिक जनरेटर की तरह माना जा सकता है, जिससे स्रोत को नियंत्रित करना आसान हो जाता है, इसलिए इसे फोटोवोल्टिक प्राथमिक ऊर्जा स्रोतों (पीईएस) में व्यापक रूप से उपयोग किया जाना चाहिए।

डीसी microgrid
सिंक्रोनवर्टर को भी माइक्रोग्रिड्स में उपयोग करने का सुझाव दिया जाता है क्योंकि डीसी स्रोतों को बिना किसी संचार नेटवर्क के एसी वोल्टेज की आवृत्ति के साथ समन्वित किया जा सकता है।

बैटरी रिजर्व
जैसा कि ऑस्ट्रेलिया में हॉर्न्सडेल पावर रिजर्व द्वारा दिखाया गया है

यह भी देखें

 * बुद्धिमान हाइब्रिड इन्वर्टर