थाइरिस्टर स्विच्ड कैपेसिटर (टीएससी) का कार्य सिद्धांत और प्रमुख तकनीकें

थाइरिस्टर स्विच्ड कैपेसिटर (टीएससी)थाइरिस्टर की संपर्क रहित स्विचिंग विशेषताओं पर आधारित एक गतिशील प्रतिक्रियाशील बिजली क्षतिपूर्ति उपकरण है। इसका मुख्य सिद्धांत थाइरिस्टर की सटीक शून्य क्रॉसिंग ट्रिगरिंग क्षमता का उपयोग करके, ग्रिड प्रतिक्रियाशील शक्ति के लिए गतिशील मुआवजे का एहसास करके, कैपेसिटर बैंकों को पावर ग्रिड में या उससे बाहर जल्दी और आसानी से स्विच करना है। पारंपरिक यांत्रिक रूप से स्विच किए गए कैपेसिटर की तुलना में, टीएससी में लंबे परिचालन जीवन, संपर्क रहित स्विचिंग, यांत्रिक तनाव के लिए मजबूत प्रतिरोध और तेज गतिशील प्रतिक्रिया जैसे महत्वपूर्ण फायदे हैं। इसके अलावा, स्विचिंग इंस्टेंट को सटीक रूप से नियंत्रित करके, यह स्विचिंग प्रक्रिया के दौरान इनरश करंट को प्रभावी ढंग से दबा सकता है, जिससे पावर ग्रिड और उपकरण का स्थिर संचालन सुनिश्चित होता है।

1. टीएससी का वर्गीकरण

1.1 वोल्टेज स्तर द्वारा वर्गीकरण

लागू वोल्टेज स्तर के अनुसार, बिजली उद्योग में प्रतिक्रियाशील बिजली मुआवजा उपकरणों के लिए सामान्य विशिष्टताओं के अनुरूप, टीएससी को कम {{0}वोल्टेज मुआवजे और उच्च {{1}वोल्टेज मुआवजे में विभाजित किया जा सकता है:

कम -वोल्टेज मुआवजा: मुख्य रूप से 0.4kV (400V) कम वोल्टेज वितरण नेटवर्क पर लागू होता है, जो 1kV और उससे नीचे के वोल्टेज स्तर के लिए प्रतिक्रियाशील बिजली क्षतिपूर्ति आवश्यकताओं को कवर करता है, जिसका उपयोग ज्यादातर औद्योगिक कार्यशालाओं और वाणिज्यिक भवनों जैसे अंतिम लोड पक्षों पर किया जाता है;

उच्च -वोल्टेज मुआवजा: मुआवजा प्रणाली सीधे उच्च वोल्टेज पावर ग्रिड से जुड़ी है, जो मुख्य रूप से 6kV, 10kV और 35kV के वोल्टेज स्तरों को लक्षित करती है। यह उच्च वोल्टेज पावर ग्रिड में प्रतिक्रियाशील बिजली की कमी को हल करने के लिए औद्योगिक पार्कों में सबस्टेशन और सामान्य चरण डाउन स्टेशनों जैसे केंद्रीकृत प्रतिक्रियाशील बिजली क्षतिपूर्ति परिदृश्यों के लिए उपयुक्त है।

1.2 आवेदन के दायरे के अनुसार वर्गीकरण

मुआवजे के दायरे और वस्तुओं के आधार पर, टीएससी को लोड मुआवजे और केंद्रीकृत मुआवजे में वर्गीकृत किया जा सकता है, जिसमें स्पष्ट विभाजन और पूरक अनुप्रयोग हैं:

लोड मुआवजा: वास्तविक समय में लोड द्वारा उत्पन्न प्रतिक्रियाशील बिजली प्रभावों को ऑफसेट करने के लिए एकल या विशिष्ट उतार-चढ़ाव वाले भार (उदाहरण के लिए, इलेक्ट्रिक आर्क फर्नेस, फ्रीक्वेंसी कन्वर्टर्स, इलेक्ट्रिक वेल्डिंग मशीन) के समूह के लिए लक्षित गतिशील मुआवजा प्रदान करता है, जिससे ग्रिड वोल्टेज गुणवत्ता को प्रभावित करने से प्रतिक्रियाशील बिजली के उतार-चढ़ाव को रोका जा सके;

केंद्रीकृत मुआवजा: पावर ग्रिड के बिजली आपूर्ति केंद्रों (उदाहरण के लिए, सबस्टेशन बसबार साइड) पर स्थापित, यह पूरे बिजली आपूर्ति क्षेत्र की प्रतिक्रियाशील बिजली के लिए व्यवस्थित मुआवजा देता है, ग्रिड में समग्र प्रतिक्रियाशील बिजली के उतार-चढ़ाव की समस्या को हल करता है, ग्रिड पावर फैक्टर में सुधार करता है और लाइन लॉस को कम करता है।

2. टीएससी के ऑपरेटिंग राज्य और मुख्य सर्किट डिजाइन

2.1 परिचालन राज्य

टीएससी के पास केवल दो परिचालन अवस्थाएं हैं: राज्य में स्विच किया गया और राज्य से बाहर स्विच किया गया, दोनों राज्यों के लिए स्पष्ट और नियंत्रणीय कार्य तंत्र के साथ:

● राज्य में स्विच किया गया: द्विदिशात्मक थाइरिस्टर (या एंटी-समानांतर थाइरिस्टर समूह) संचालित होता है, और कैपेसिटर बैंक ग्रिड लाइन से आसानी से जुड़ा होता है। टीएससी ग्रिड में कैपेसिटिव रिएक्टिव पावर का उत्पादन करता है, ग्रिड में इंडक्टिव रिएक्टिव पावर को ऑफसेट करता है और पावर फैक्टर में सुधार करता है;

● राज्य से बाहर स्विच किया गया: द्विदिशात्मक थाइरिस्टर (या एंटी{0}}समानांतर थाइरिस्टर समूह) अवरुद्ध हो गया है, जिससे कैपेसिटर बैंक ग्रिड से डिस्कनेक्ट हो गया है। इस समय, कैपेसिटर बैंक अवशिष्ट वोल्टेज को पीक ग्रिड वोल्टेज के करीब बनाए रखता है, और टीएससी शाखा अब ग्रिड को प्रतिक्रियाशील शक्ति का उत्पादन नहीं करती है। उपकरण सुरक्षा सुनिश्चित करने के लिए अवशिष्ट वोल्टेज को जारी करने के लिए एक विशेष डिस्चार्ज डिवाइस का उपयोग किया जाना चाहिए।

2.2 मुख्य सर्किट डिज़ाइन के लिए मुख्य आवश्यकताएँ

टीएससी मुख्य सर्किट डिज़ाइन को तीन मुख्य आवश्यकताओं को पूरा करना होगा: चरणबद्ध तेज़ मुआवजा, प्रारंभिक वर्तमान दमन, और हार्मोनिक नियंत्रण। मुख्य तकनीक शून्य {{1}इनरश करंट स्विचिंग प्राप्त करना है, जिससे स्विचिंग के दौरान इनरश करंट के कारण थाइरिस्टर और कैपेसिटर जैसे मुख्य घटकों को होने वाले नुकसान से बचा जा सके।

औद्योगिक अनुप्रयोगों में, टीएससी का सामान्य वायरिंग मोड एंटी-{0}समानांतर थाइरिस्टर वायरिंग (एक द्वि-दिशात्मक थाइरिस्टर के बराबर) है, जो एसी सर्किट में द्वि-दिशात्मक संचालन और अवरोधन को सक्षम बनाता है, जो पावर की ऑपरेटिंग विशेषताओं के अनुकूल होता है। इसके विपरीत, थाइरिस्टर {{3}डायोड एंटी-समानांतर वायरिंग मोड केवल एक दिशा में करंट को नियंत्रित कर सकता है, जो एसी परिदृश्यों में सामान्य स्विचिंग आवश्यकताओं को पूरा करने में विफल रहता है। यह एक गैर-मुख्यधारा संरचना है, जिसका उपयोग केवल विशेष सुधार और स्विचिंग समग्र परिदृश्यों में किया जाता है, और पारंपरिक टीएससी वायरिंग योजना के रूप में अनुशंसित नहीं है।

3. कोर वायरिंग मोड और टीएससी की प्रदर्शन तुलना

पारंपरिक टीएससी प्रणालियों में, एंटी-समानांतर थाइरिस्टर वायरिंग मोड एकमात्र मुख्यधारा योजना है, इसकी प्रदर्शन विशेषताएं और सावधानियां इस प्रकार हैं:

● कार्य तंत्र: दो एंटी{0}समानांतर थाइरिस्टर को क्षतिपूर्ति सर्किट को जोड़ने और डिस्कनेक्ट करने के लिए बारी-बारी से चालू किया जाता है, जो बिजली की सकारात्मक और नकारात्मक आधा चक्र संचालन आवश्यकताओं को अनुकूलित करता है।

● विश्वसनीयता: इसकी समग्र विश्वसनीयता उच्च है। हालाँकि, यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि यदि एक थाइरिस्टर क्षतिग्रस्त हो जाता है और शॉर्ट सर्किट हो जाता है, तो यह क्षतिपूर्ति शाखा के आधे तरंग संचालन का कारण बनेगा, जिससे डीसी घटक और अत्यधिक इनरश करंट उत्पन्न होगा, जो कैपेसिटर बैंक और अन्य घटकों को जला देगा। इसलिए, पूर्ण दोष का पता लगाने और सुरक्षा उपकरणों को व्यावहारिक अनुप्रयोगों में कॉन्फ़िगर किया जाना चाहिए;

● रिवर्स वोल्टेज झेलने की क्षमता: थाइरिस्टर वाल्व द्वारा वहन किया गया पीक रिवर्स वोल्टेज, कैपेसिटर के अवशिष्ट वोल्टेज जारी होने के बाद पीक ग्रिड वोल्टेज के बराबर होता है, जो थाइरिस्टर घटकों की रेटेड वोल्टेज चयन आवश्यकताओं का अनुपालन करता है।

गैर {{0}मुख्यधारा थाइरिस्टर{{1}डायोड एंटी{{2}समानांतर संरचना में अच्छी अर्थव्यवस्था और सरल संचालन की सुविधा है, लेकिन यह द्विदिश वर्तमान नियंत्रण का एहसास नहीं कर सकता है, और इसकी प्रतिक्रिया गति गतिशील मुआवजे की मांगों को पूरा नहीं कर सकती है। इसके अलावा, थाइरिस्टर वाल्व द्वारा वहन किया गया पीक रिवर्स वोल्टेज पीक ग्रिड वोल्टेज से दोगुना तक पहुंच सकता है, जिसके लिए उच्च घटक चयन की आवश्यकता होती है। यह केवल कम आवश्यकताओं और छोटी क्षमता वाले विशेष परिदृश्यों पर लागू होता है, और पारंपरिक टीएससी डिज़ाइन श्रेणी में शामिल नहीं है।

4. श्रृंखला रिएक्टरों का चयन और कार्य

टीएससी मुख्य सर्किट में, श्रृंखला रिएक्टर अपरिहार्य मुख्य घटक हैं। उनका मुख्य कार्य स्विचिंग इनरश करंट को सीमित करना, उच्च {{1}आदेश वाले हार्मोनिक्स को दबाना, और शॉर्ट {2}सर्किट करंट को सीमित करना है, जिससे सिस्टम का सुरक्षित और स्थिर संचालन सुनिश्चित होता है।

4.1 श्रृंखला रिएक्टरों का तंत्र

कैपेसिटर बैंक चालू होने पर थाइरिस्टर गलत ट्रिगरिंग और ग्रिड दोष जैसी असामान्य स्थितियां तात्कालिक करंट का कारण बन सकती हैं। श्रृंखला रिएक्टर आगमनात्मक प्रतिबाधा के माध्यम से प्रारंभिक धारा के आयाम को सीमित कर सकते हैं। इस बीच, रिएक्टर और कैपेसिटर बैंक एक एलसी फ़िल्टर सर्किट बनाते हैं, जो ग्रिड (विशेष रूप से तीसरे और पांचवें हार्मोनिक्स) में उच्च - ऑर्डर हार्मोनिक्स को प्रभावी ढंग से दबा सकता है, जिससे हार्मोनिक प्रवर्धन के कारण होने वाले घटक क्षति से बचा जा सकता है।

नोट: श्रृंखला रिएक्टरों को जोड़ने के बाद, मौलिक वोल्टेज ड्रॉप और हार्मोनिक प्रवर्धन प्रभावों के कारण संधारित्र पर वोल्टेज बढ़ जाएगा। इसलिए, संधारित्र का रेटेड वोल्टेज ग्रिड वोल्टेज से अधिक होना चाहिए। उदाहरण के लिए, 450V के रेटेड वोल्टेज वाले कैपेसिटर आमतौर पर 0.4kV ग्रिड के लिए चुने जाते हैं, और 10kV ग्रिड के लिए 11/√3 kV के रेटेड वोल्टेज वाले कैपेसिटर चुने जाते हैं।

4.2 रिएक्टरों के प्रकार और चयन सिद्धांत

टीएससी प्रणालियों में दो सामान्य प्रकार के रिएक्टरों का उपयोग किया जाता है: वायु-कोर रिएक्टर और लौह-कोर रिएक्टर। उनके प्रदर्शन में स्पष्ट अंतर हैं, और चयन आर्थिक लागत और तकनीकी आवश्यकताओं के आधार पर व्यापक रूप से निर्धारित किया जाना चाहिए:

● वायु-कोर रिएक्टर: उनके पास उत्कृष्ट वर्तमान सीमित प्रभाव, उच्च रैखिकता है, हार्मोनिक परिस्थितियों में संतृप्त करना या गर्मी उत्पन्न करना आसान नहीं है, और मजबूत परिचालन स्थिरता है, लेकिन उच्च लागत के साथ। वे उच्च{{1}वोल्टेज, बड़ी क्षमता वाले टीएससी सिस्टम और क्षतिपूर्ति सटीकता और स्थिरता के लिए उच्च आवश्यकताओं वाले परिदृश्यों के लिए उपयुक्त हैं;

● आयरन-कोर रिएक्टर: उनकी लागत कम है और पारंपरिक वर्तमान सीमित आवश्यकताओं को पूरा करते हैं, लेकिन कमजोर रैखिकता। वे हार्मोनिक प्रभाव के तहत संतृप्ति और हीटिंग के प्रति प्रवण होते हैं, और उनका वर्तमान सीमित प्रभाव कामकाजी परिस्थितियों से बहुत प्रभावित होता है। वे कम{{2}वोल्टेज, छोटी क्षमता वाली टीएससी प्रणालियों और सख्त लागत नियंत्रण वाले परिदृश्यों के लिए उपयुक्त हैं।

5. टीएससी के मुख्य सर्किट वायरिंग मोड

थाइरिस्टर वाल्व और कैपेसिटर बैंकों के बीच कनेक्शन मोड के अनुसार, टीएससी के मुख्य सर्किट वायरिंग मोड में मुख्य रूप से तीन चरण नियंत्रित डेल्टा कनेक्शन और स्टार कनेक्शन शामिल हैं, प्रत्येक लागू परिदृश्यों के साथ। कोई मुख्य धारा "डेल्टा{2}}स्टार संयुक्त कनेक्शन" नहीं है (यह संयुक्त कनेक्शन केवल सैद्धांतिक व्युत्पत्ति है और औद्योगिक अभ्यास में लागू नहीं किया गया है):

● डेल्टा कनेक्शन: मुख्य रूप से कम {{0}वोल्टेज टीएससी सिस्टम (उदाहरण के लिए, 0.4 केवी) में उपयोग किया जाता है, तीन चरण सामान्य क्षतिपूर्ति मोड को अपनाते हुए। इसमें उच्च क्षतिपूर्ति दक्षता और सरल वायरिंग है, यह तीन चरण की असंतुलित प्रतिक्रियाशील शक्ति को प्रभावी ढंग से ऑफसेट कर सकता है, और अंत भार पर प्रतिक्रियाशील बिजली क्षतिपूर्ति के लिए उपयुक्त है;

● स्टार कनेक्शन: मुख्य रूप से उच्च {{0}वोल्टेज टीएससी सिस्टम (उदाहरण के लिए, 6 केवी, 10 केवी, 35 केवी) में उपयोग किया जाता है, आमतौर पर भूमिगत तटस्थ बिंदु के साथ। यह एकल चरण दोषों के प्रसार को रोक सकता है, इसमें उच्च परिचालन सुरक्षा है, और सबस्टेशन केंद्रीकृत मुआवजा परिदृश्यों के लिए उपयुक्त है।

6. टीएससी स्विचिंग के लिए इनरश करंट कंट्रोल

कैपेसिटर की मुख्य विशेषता के आधार पर कि "वोल्टेज अचानक नहीं बदल सकता", टीएससी स्विचिंग के दौरान ग्रिड वोल्टेज और कैपेसिटर अवशिष्ट वोल्टेज (आयाम और चरण सहित) के बीच एक बड़ा अंतर तात्कालिक इनरश करंट उत्पन्न करेगा, जिससे घटक सुरक्षा को खतरा होगा। इस प्रकार, इनरश करंट नियंत्रण टीएससी स्विचिंग नियंत्रण का मूल है।

● वर्तमान निर्णय मानक को प्रभावित करें: सामान्य इंजीनियरिंग मानक यह है कि जब संधारित्र की सामान्य स्थिर अवस्था ऑपरेटिंग धारा और प्रारंभिक धारा का अनुपात 1.2 से 1.5 गुना से कम होता है, तो इसे थाइरिस्टर, कैपेसिटर और अन्य घटकों के लिए हानिरहित माना जाता है। यदि अनुपात इस सीमा से अधिक है, तो स्विचिंग नियंत्रण रणनीति को अनुकूलित करने या वर्तमान सीमित उपायों को जोड़ने की आवश्यकता है;

● शून्य-इनरश स्विचिंग कार्यान्वयन: आदर्श स्विचिंग स्थिति "शून्य-क्रॉसिंग ट्रिगरिंग" है। स्विचिंग बंद होने के बाद, कैपेसिटर पीक ग्रिड वोल्टेज को बरकरार रखता है। थाइरिस्टर को ट्रिगर किया जाता है और शून्य{3}क्रॉसिंग बिंदु पर संचालित किया जाता है जहां ग्रिड वोल्टेज और कैपेसिटर अवशिष्ट वोल्टेज आयाम और चरण में बराबर होते हैं, लगभग शून्य इनरश करंट के साथ। स्विचिंग आउट के दौरान, ओवरवॉल्टेज से बचने के लिए थाइरिस्टर को वर्तमान शून्य क्रॉसिंग बिंदु पर अवरुद्ध कर दिया जाता है।

7. टीएससी जांच और नियंत्रण प्रणाली

टीएससी डिटेक्शन सिस्टम का मुख्य कार्य वास्तविक समय में पावर ग्रिड और लोड सिस्टम के प्रासंगिक विद्युत मापदंडों को एकत्र करना है, जो स्विचिंग नियंत्रण के लिए सटीक आधार प्रदान करता है। इसमें मुख्य रूप से एक चरण नमूना मॉड्यूल, एक वोल्टेज और वर्तमान आरएमएस गणना मॉड्यूल, और एक प्रतिक्रियाशील बिजली मांग और प्रतिक्रियाशील बिजली गणना मॉड्यूल शामिल हैं।

वर्तमान औद्योगिक अनुप्रयोगों में उन्नत नियंत्रण प्रौद्योगिकियां माइक्रो कंप्यूटर आधारित सिंक्रोनस चरण नियंत्रण प्रौद्योगिकी और अनुकूली थाइरिस्टर ट्रिगरिंग प्रौद्योगिकी को अपनाती हैं। कार्य तंत्र है: पहचान प्रणाली वास्तविक समय में संधारित्र और ग्रिड वोल्टेज में वोल्टेज के आयाम और चरण की जानकारी कैप्चर करती है। जब दोनों आयाम में समान होते हैं और चरण में सुसंगत होते हैं, तो संधारित्र के शून्य इनरश स्विचिंग को प्राप्त करने के लिए थाइरिस्टर तुरंत चालू हो जाता है। स्विच आउट करने के दौरान, कैपेसिटर को पूर्व चार्ज किए बिना, थाइरिस्टर वर्तमान शून्य क्रॉसिंग बिंदु पर स्वचालित रूप से अवरुद्ध हो जाता है।

महत्वपूर्ण नोट: श्रृंखला रिएक्टर और विशेष डिस्चार्ज डिवाइस (डिस्चार्ज कॉइल या डिस्चार्ज रेसिस्टर्स) टीएससी सिस्टम में आवश्यक घटक हैं और इन्हें छोड़ा नहीं जा सकता है। श्रृंखला रिएक्टरों का उपयोग वर्तमान सीमित करने और हार्मोनिक दमन के लिए किया जाता है, और डिस्चार्ज डिवाइस अवशिष्ट वोल्टेज के कारण होने वाले संभावित सुरक्षा खतरों से बचने के लिए स्विचिंग के बाद कैपेसिटर अवशिष्ट वोल्टेज जारी करते हैं। केवल छोटी {{2} क्षमता कम {{3} वोल्टेज टीएससी विशिष्ट कामकाजी परिस्थितियों में डिस्चार्ज डिवाइस को सरल बना सकती है, जबकि उच्च {{4} वोल्टेज और बड़ी {{5} क्षमता वाली टीएससी को पूर्ण वर्तमान सीमित और डिस्चार्ज घटकों से सुसज्जित होना चाहिए।

8. निष्कर्ष

एक कुशल और तेज़ गतिशील प्रतिक्रियाशील बिजली क्षतिपूर्ति उपकरण के रूप में, टीएससी के पास संपर्क रहित स्विचिंग, तेज़ प्रतिक्रिया गति और विश्वसनीय संचालन के मुख्य फायदे हैं। यह ग्रिड प्रतिक्रियाशील बिजली के उतार-चढ़ाव की समस्या को प्रभावी ढंग से हल कर सकता है, ग्रिड वोल्टेज की गुणवत्ता में सुधार कर सकता है और लाइन लॉस को कम कर सकता है। इसके प्रमुख तकनीकी बिंदुओं में शून्य क्रॉसिंग ट्रिगरिंग नियंत्रण, इनरश करंट दमन, रिएक्टर चयन और वायरिंग मोड अनुकूलन शामिल हैं। व्यावहारिक डिजाइन और अनुप्रयोग में, बिजली उद्योग मानकों का सख्ती से पालन करना, घटक चयन और नियंत्रण रणनीतियों में गलतफहमी से बचना और सिस्टम के सुरक्षित, स्थिर और कुशल संचालन को सुनिश्चित करना आवश्यक है।

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