एक शैक्षणिक संस्थान की विद्युत वितरण प्रणाली में बिजली की गुणवत्ता - सुल्तान कबूस विश्वविद्यालय
| सुविधा | सुल्तान कबूस विश्वविद्यालय (SQU), ओमान - पूर्ण परिसर विद्युत वितरण प्रणाली |
| वोल्टेज स्तर मापा गया | 33 केवी/11 केवी मुख्य सबस्टेशन · 11 केवी/415 वी बिल्डिंग सबस्टेशन |
| मुख्य माप बिंदु | इंजीनियरिंग कॉलेज · सूचना प्रणाली केंद्र · दो 33/11 केवी मुख्य सबस्टेशन |
| गैर-रैखिक भार की पहचान की गई | पीवी कन्वर्टर्स · यूपीएस सिस्टम · वैरिएबल-स्पीड मोटर्स वाले चिलर (VFDs) · कंप्यूटर लैब · सर्वर रूम |
| टीएचडीआई रेंज मापी गई | 2% से 10% स्थान और लोडिंग के आधार पर |
| टीडीडी रेंज मापी गई | 2% से 8% लोडिंग के आधार पर - आईईईई के भीतर 519 अधिकांश बिंदुओं पर सीमाएँ |
| आईईईई 519 वोल्टेज टीएचडी सीमा | 5% पीसीसी पर (33 केवी/11 केवी इंटरफ़ेस) - आम तौर पर आज्ञाकारी |
| भविष्य के दिशानिर्देश | एसक्यूयू बड़े पैमाने पर पीवी एकीकरण और स्मार्ट ग्रिड अपग्रेड की योजना बना रहा है - पीक्यू मूल्यांकन प्री-डीईआर बेसलाइन स्थापित करता है |
01 संदर्भ - एक पीक्यू सूक्ष्म जगत के रूप में परिसर
विश्वविद्यालय परिसर बिजली गुणवत्ता मूल्यांकन के लिए सबसे जटिल और शिक्षाप्रद वातावरणों में से एक का प्रतिनिधित्व करते हैं. वे गठबंधन करते हैं, एकल वितरण प्रणाली के अंतर्गत, आधुनिक इमारतों में गैर-रैखिक भार की लगभग हर श्रेणी पाई जाती है: सैकड़ों स्विच-मोड बिजली आपूर्ति वाली कंप्यूटर प्रयोगशालाएँ, बड़े यूपीएस सिस्टम और रेक्टिफायर लोड के साथ डेटा सेंटर और सर्वर रूम, परिवर्तनीय-गति ड्राइव और सटीक प्रयोगशाला उपकरणों के साथ अनुसंधान सुविधाएं, वीएफडी-नियंत्रित चिलर्स के साथ एयर कंडीशनिंग सिस्टम, और तेजी से, ग्रिड से जुड़े इनवर्टर के साथ छत पर पीवी पीढ़ी.
ओमान में सुल्तान कबूस विश्वविद्यालय एक बड़ा आधुनिक परिसर है जो इंजीनियरिंग कॉलेजों के हजारों छात्रों और कर्मचारियों को सेवा प्रदान करता है, विज्ञान, दवा, और कंप्यूटिंग - सभी एक से जुड़े हुए हैं 33 केवी/11 केवी/415 वी त्रि-स्तरीय वितरण प्रणाली. The 2024 एसक्यूयू शोधकर्ताओं द्वारा किए गए अध्ययन ने इस प्रणाली में कई बिंदुओं पर एक व्यापक पीक्यू ऑडिट किया, से 33 भवन के प्रवेश स्तर तक केवी सेवन सबस्टेशन, नियोजित बड़े पैमाने पर पीवी एकीकरण से पहले परिसर के लिए एक व्यवस्थित हार्मोनिक बेसलाइन स्थापित करना.
औद्योगिक पीक्यू मूल्यांकन आम तौर पर एक या दो प्रमुख गैर-रेखीय लोड प्रकारों - आर्क भट्टियों पर ध्यान केंद्रित करते हैं, VFDs, रेक्टिफायर - और एक या दो माप बिंदु. कैम्पस पीक्यू की विशेषता बड़ी संख्या में छोटी है, कई इमारतों में विविध गैर-रैखिक भार वितरित किए गए, साझा वितरण प्रणाली से जुड़ा है. कैंपस सबस्टेशन पर समग्र हार्मोनिक विरूपण सैकड़ों व्यक्तिगत स्विच-मोड बिजली आपूर्ति का सांख्यिकीय परिणाम है, यूपीएस सिस्टम, VFDs, और पीवी इनवर्टर - प्रत्येक का अपना हार्मोनिक स्पेक्ट्रम है, प्रत्येक अपनी स्विचिंग आवृत्तियों के चरण संबंधों के आधार पर दूसरों को आंशिक रूप से रद्द या सुदृढ़ करता है. यह सांख्यिकीय एकत्रीकरण व्यवहार कैंपस पीक्यू को अधिक सुव्यवस्थित बनाता है (कोई एक प्रमुख स्रोत नहीं) और विशेषता बताना अधिक कठिन है (कई स्रोत, जटिल अंतःक्रियाएँ).
02 कैम्पस नॉन-लीनियर लोड मिक्स
अध्ययन ने एसक्यूयू में हार्मोनिक विरूपण में योगदान देने वाले गैर-रेखीय भार की चार प्राथमिक श्रेणियों की पहचान की:
- पीवी इनवर्टर - ग्रिड से जुड़े इनवर्टर के साथ छत पर सौर संस्थापन जो शास्त्रीय हार्मोनिक्स दोनों का उत्पादन करते हैं (PWM मॉड्यूलेशन से) और सुपरहार्मोनिक उत्सर्जन (उच्च आवृत्ति स्विचिंग से). पीवी का योगदान समय-समय पर अलग-अलग होता है - यह रात में शून्य होता है और दोपहर के सौर विकिरण में चरम पर होता है, एक समय-भिन्न हार्मोनिक पृष्ठभूमि बनाना जो पूरे दिन हार्मोनिक वातावरण को बदलता है
- यूपीएस सिस्टम - डेटा केंद्रों और सर्वर रूम के लिए बड़े केंद्रीकृत यूपीएस सिस्टम, और व्यक्तिगत प्रयोगशालाओं के लिए छोटी वितरित यूपीएस इकाइयाँ. यूपीएस सिस्टम संस्थागत वातावरण में सबसे प्रचुर हार्मोनिक स्रोतों में से एक हैं - एक विशिष्ट डबल-रूपांतरण यूपीएस 50% लोड 25-35% टीएचडीआई के साथ करंट खींचता है, 5वें और 7वें हार्मोनिक्स का प्रभुत्व
- वैरिएबल-स्पीड ड्राइव वाले चिलर - मध्य पूर्वी विश्वविद्यालय परिसर में एयर कंडीशनिंग सिस्टम प्रमुख विद्युत भार है, जहां बाहरी तापमान नियमित रूप से 40°C से अधिक होता है. वीएफडी-नियंत्रित चिलर निश्चित गति समकक्षों की तुलना में महत्वपूर्ण ऊर्जा बचत प्रदान करते हैं लेकिन 5वें पर हार्मोनिक धाराओं का परिचय देते हैं, 7वें, 11वें, और 13वें ऑर्डर जो चिलर की परिचालन शक्ति के समानुपाती होते हैं
- कंप्यूटर प्रयोगशालाएँ और सर्वर कक्ष - सैकड़ों डेस्कटॉप कंप्यूटर, पर नज़र रखता है, और सर्वर, प्रत्येक स्विच-मोड बिजली आपूर्ति के माध्यम से करंट खींचता है जो प्रमुख तीसरे हार्मोनिक का उत्पादन करता है (त्रिगुण) धाराओं. कंप्यूटर लोड से एकत्रित ट्रिपलन हार्मोनिक न्यूट्रल कंडक्टर लोडिंग का प्राथमिक चालक है 415 वी भवन वितरण प्रणाली
03 वितरण पदानुक्रम में मापन परिणाम
अध्ययन ने एसक्यूयू वितरण प्रणाली में कई बिंदुओं पर हार्मोनिक सामग्री को मापा, से 33 केवी का मुख्य सेवन व्यक्तिगत स्तर तक कम हो गया है 415 वी भवन के प्रवेश द्वार. इस पदानुक्रमित माप दृष्टिकोण से पता चलता है कि हार्मोनिक विरूपण वोल्टेज स्तरों में कैसे भिन्न होता है और समग्र सबस्टेशन विरूपण व्यक्तिगत भवन-स्तर विरूपण से कैसे संबंधित होता है.
| माप स्थान | वोल्टेज स्तर | THDI range | टीडीडी रेंज | आईईईई 519 टीएचडीवी सीमा | अनुपालन |
|---|---|---|---|---|---|
| मुख्य सबस्टेशन ए & बी | 33 केवी / 11 केवी | 2-5% | 2-5% | 5% टीएचडीवी | अनुरूप |
| इंजीनियरिंग कॉलेज सबस्टेशन | 11 केवी / 415 में | 4-8% | 3-6% | 8% टीएचडीवी | अनुरूप |
| सूचना प्रणाली केंद्र | 11 केवी / 415 में | 5-10% | 4-8% | 8% टीएचडीवी | सीमा रेखा चरम पर है |
| व्यक्तिगत भवन प्रवेश द्वार (एल.वी.) | 415 में | 8-15% | भिन्न | 8% टीएचडीवी | उच्च भार पर अधिक हो जाता है |
मुख्य सबस्टेशनों पर टी.एच.डी.आई (2-5%) व्यक्तिगत भवनों की तुलना में काफी कम है (8-15%). ऐसा इसलिए नहीं है क्योंकि सबस्टेशन की आपूर्ति साफ-सुथरी है - ऐसा इसलिए है क्योंकि कई अलग-अलग बिल्डिंग लोड से हार्मोनिक धाराएं आम बस में आंशिक रूप से रद्द हो जाती हैं. यूपीएस सिस्टम किसी दिए गए चरण कोण के साथ प्रमुख 5वें हार्मोनिक्स का उत्पादन करते हैं. वीएफडी चिलर अपने स्विचिंग पैटर्न के आधार पर एक अलग चरण कोण के साथ 5वें हार्मोनिक्स का उत्पादन करते हैं. कंप्यूटर प्रयोगशालाएँ तीसरे हार्मोनिक्स का उत्पादन करती हैं. जब ये सभी धाराएँ वापस सामान्य की ओर प्रवाहित होती हैं 11 केवी बस, उनका सदिश योग उनके अंकगणितीय योग से छोटा है - आंशिक रद्दीकरण कुल विरूपण को कम करता है. सबस्टेशन माप आईईईई के साथ सही ढंग से अनुपालन करता है 519 (जिसका उपयोगिता के साथ पीसीसी में मूल्यांकन किया जाता है), लेकिन यह अनुपालन व्यक्तिगत इमारतों के भीतर संवेदनशील उपकरणों द्वारा अनुभव की गई विकृति के बारे में कुछ नहीं बताता है.
04 टीएचडी बनाम. टीडीडी - भेद क्यों मायने रखता है
SQU अध्ययन ने कुल मांग विरूपण को सही ढंग से लागू किया (TDD) धारा के पूर्ण हार्मोनिक विरूपण के बजाय (टीएचडीआई) आईईईई का आकलन करते समय 519 अनुपालन - एक ऐसा अंतर जिसे परिसर और वाणिज्यिक भवन पीक्यू मूल्यांकन में अक्सर गलत समझा जाता है.
महत्वपूर्ण अंतर
टीएचडीआई माप के समय हार्मोनिक वर्तमान सामग्री को मौलिक वर्तमान के प्रतिशत के रूप में व्यक्त करता है. हल्के भार पर - 20% रेटेड लोड का - एक यूपीएस जो खींचता है 30% पूरे लोड पर टीएचडीआई आकर्षित हो सकता है 60% टीएचडीआई क्योंकि हार्मोनिक धाराएं अपेक्षाकृत स्थिर होती हैं जबकि मौलिक घट जाती है. यह टीएचडीआई को वेरिएबल-लोड इंस्टॉलेशन पर अनुपालन मूल्यांकन के लिए एक भ्रामक मीट्रिक बनाता है.
टीडीडी हार्मोनिक वर्तमान सामग्री को अधिकतम मांग वर्तमान के प्रतिशत के रूप में व्यक्त करता है - अतीत में 15 मिनट की अवधि में खींची गई अधिकतम औसत धारा 12 महीने. एक यूपीएस ड्राइंग 30% टीएचडीआई पर 20% लोड केवल टीडीडी दिखा सकता है 6% - आईईईई के भीतर 519 सीमा - क्योंकि हार्मोनिक धाराएँ उस अधिकतम मांग का एक छोटा सा अंश हैं जिसके लिए सिस्टम को डिज़ाइन किया गया था.
जब एक कैंपस सुविधा इंजीनियर बिजली गुणवत्ता विश्लेषक रिपोर्टिंग देखता है 35% यूपीएस फीडर पर टीएचडीआई, सहज प्रतिक्रिया है “हमारे पास एक गंभीर हार्मोनिक समस्या है.” जब वही इंजीनियर टीडीडी गणना का उपयोग करके लागू करता है 12 अधिकतम मांग के महीनों का डेटा, आईईईई के भीतर टीडीडी आम तौर पर 6-8% है 519 आप LIMIT. हार्मोनिक धाराएँ वास्तविक हैं और वास्तविक ताप का कारण बनती हैं, लेकिन सिस्टम को अधिकतम मांग धारा को संभालने के लिए डिज़ाइन किया गया है - और हार्मोनिक सामग्री उस डिज़ाइन धारा का एक मामूली अंश है. टीएचडीआई और टीडीडी के बीच अंतर को समझने से अनावश्यक अलार्म और सक्रिय हार्मोनिक फिल्टर पर अनावश्यक व्यय दोनों को रोका जा सकता है जो मानकों के अनुपालन के लिए आवश्यक नहीं हैं।.
05 पीवी एकीकरण - आधार रेखा की स्थापना
एसक्यूयू पीक्यू ऑडिट का एक प्रमुख उद्देश्य नियोजित बड़े पैमाने पर पीवी एकीकरण से पहले एक हार्मोनिक बेसलाइन स्थापित करना था - एक समझदार इंजीनियरिंग अभ्यास जिसे डीईआर तैनाती से पहले शायद ही कभी निष्पादित किया जाता है।. पीवी पैनल जोड़ने से पहले प्रत्येक माप बिंदु पर मौजूदा हार्मोनिक वातावरण को चिह्नित करके, अध्ययन एक पहले/बाद की तुलना रूपरेखा तैयार करता है जो पीवी इनवर्टर के हार्मोनिक योगदान को नेटवर्क में पहले से मौजूद पृष्ठभूमि विरूपण से अलग करने की अनुमति देगा।.
यह प्री-डीईआर बेसलाइन दृष्टिकोण पोस्ट-हॉक पीक्यू आकलन में एक मूलभूत समस्या का समाधान करता है: बिना आधार रेखा के, यह निर्धारित करना असंभव है कि अनुपालन में देखी गई अधिकता नए स्थापित पीवी सिस्टम के कारण हुई थी या स्थापना से पहले ही मौजूद थी. SQU अध्ययन का व्यवस्थित बहु-बिंदु माप दृष्टिकोण - सभी वोल्टेज स्तरों को कवर करता है 33 केवी को 415 वी - बिल्कुल वह आधार रेखा प्रदान करता है जिसकी भविष्य में स्थापना के बाद के आकलन के लिए आवश्यकता होगी.
बड़े पैमाने पर पीवी एकीकरण के साथ हरित स्मार्ट परिसर की ओर बढ़ने की एसक्यूयू की योजना मध्य पूर्वी विश्वविद्यालय परिसर विद्युतीकरण में व्यापक प्रवृत्ति के अनुरूप है।. पीक्यू मूल्यांकन इस संक्रमण के लिए इंजीनियरिंग आधार प्रदान करता है - यह पहचानना कि वितरण प्रणाली के किन हिस्सों में अतिरिक्त गैर-रेखीय भार के लिए हार्मोनिक हेडरूम है (पीवी इनवर्टर) और जो पहले से ही सीमा के करीब पहुंच रहे हैं. सूचना प्रणाली केंद्र, पीक लोड पर पहले से ही बॉर्डरलाइन टीडीडी दिखा रहा है, यदि इसके आपूर्ति फीडर में महत्वपूर्ण पीवी क्षमता जोड़ी जाती है तो हार्मोनिक प्रबंधन की आवश्यकता होगी. मुख्य 33 केवी सबस्टेशन, 2-5% के टीडीडी के साथ, पर्याप्त हेडरूम है.
06 विद्युत गुणवत्ता परिप्रेक्ष्य
एसक्यूयू केस अध्ययन इसकी पीक्यू समस्याओं के पैमाने के लिए मूल्यवान नहीं है - परिसर काफी हद तक आईईईई के अनुरूप है 519 - लेकिन व्यवस्थित कार्यप्रणाली के लिए यह प्रदर्शित होता है. उपयोगिता इंटरफ़ेस से व्यक्तिगत भवन प्रवेश द्वार तक सभी वोल्टेज स्तरों को कवर करने वाला एक पदानुक्रमित पीक्यू माप अभियान, एक नियोजित बड़े परिवर्तन से पहले एक जटिल मिश्रित-लोड वातावरण पर लागू किया गया (पीवी एकीकरण), पाठ्यपुस्तक इंजीनियरिंग अभ्यास है. तथ्य यह है कि इसे शायद ही कभी इस रूप में क्रियान्वित किया जाता है, यह अधिक महत्वपूर्ण अवलोकन है.
एकत्रीकरण प्रभाव खोज का सीधा प्रभाव इस बात पर पड़ता है कि उपयोगिताएँ और कैंपस संचालक पीक्यू अनुपालन की व्याख्या कैसे करते हैं. एक परिसर जो इसके अनुरूप है 33 केवी उपयोगिता इंटरफ़ेस - जहां आईईईई 519 अनुपालन का मूल्यांकन किया जाता है - साथ ही साथ अलग-अलग इमारतों में काफी अधिक हार्मोनिक विरूपण हो सकता है जो उपकरण समस्याओं का कारण बनता है, ट्रांसफार्मर और यूपीएस जीवन को छोटा करता है, और घाटा बढ़ता है. पीसीसी में अनुपालन संपूर्ण वितरण प्रणाली में स्वीकार्यता नहीं दर्शाता है. आंतरिक वितरण प्रणाली कैंपस ऑपरेटर की ज़िम्मेदारी है - और SQU पद्धति, भवन-स्तरीय निगरानी तक विस्तारित, यह पहचान की जाएगी कि किन इमारतों को सक्रिय हार्मोनिक शमन की आवश्यकता है और किन्हें नहीं.
बड़े विश्वविद्यालय परिसर - अपने स्वयं के साथ 33 केवी या 11 केवी वितरण प्रणाली, उनके अपने सबस्टेशन, और उनकी अपनी पीढ़ी - मिनी-यूटिलिटीज़ के रूप में कार्य करती है. उपयोगिता वितरण प्रणाली पर लागू होने वाला पीक्यू इंजीनियरिंग अनुशासन कैंपस वितरण प्रणाली पर भी समान रूप से लागू होता है: आंतरिक पीसीसी पर हार्मोनिक सीमाएं, पूरे फीडर में वोल्टेज विनियमन, वीएफडी-भारी भवन भार के लिए प्रतिक्रियाशील बिजली प्रबंधन, और अब डीईआर एकीकरण योजना. अधिकांश कैंपस सुविधा इंजीनियरों के पास उपयोगिता वितरण इंजीनियरिंग पृष्ठभूमि नहीं है. एसक्यूयू अध्ययन इस बात का उदाहरण है कि जब उस अंतर को पाट दिया जाता है तो क्या होता है - व्यवस्थित, मानक-संदर्भित, बहु-बिंदु पीक्यू मूल्यांकन जो अलग-अलग मापों के संग्रह के बजाय एक कार्रवाई योग्य इंजीनियरिंग आधार रेखा प्रदान करता है.
सन्दर्भ
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अल-बदी ए एट अल. “एक शैक्षणिक संस्थान की विद्युत वितरण प्रणाली में बिजली की गुणवत्ता की जांच और विश्लेषण।” ऊर्जा (एमडीपीआई), उड़ान. 17, नहीं. 16, पी. 3998, अगस्त 2024. DOI: 10.3390/en17163998. ओपन एक्सेस CC BY 4.0 -सुल्तान कबूस विश्वविद्यालय, ओमान.
यह केस अध्ययन शैक्षिक उद्देश्यों के लिए सारांश और टिप्पणी रूप में प्रस्तुत किया गया है. एसवीजी आरेख और पीक्यू परिप्रेक्ष्य अनुभाग (अनुभाग 6) डेनिस रुएस्ट द्वारा मूल IPQDF संपादकीय सामग्री हैं, एम.एससी. (लागू), पी.इंजी. (सेवानिवृत्त). आईपीक्यूडीएफ मूल शोध के लेखक होने का दावा नहीं करता है.