Reproducible Coordinated P--Q Dispatch Optimization of a Smart-Inverter BESS for PV--EV Distribution Networks
यह अध्ययन प्रदर्शित करता है कि एक स्मार्ट-इन्वर्टर बैटरी ऊर्जा भंडारण प्रणाली के लिए एक समन्वित सक्रिय- और प्रतिक्रियाशील-शक्ति प्रेषण रणनीति, एक पीवी-ईवी एकीकृत वितरण नेटवर्क के भीतर दैनिक फीडर ऊर्जा हानि और वोल्टेज विचलन को कम करने में केवल सक्रिय-शक्ति नियंत्रण की तुलना में काफी बेहतर प्रदर्शन करती है, जबकि नियत भार गड़बड़ी के तहत मजबूती बनाए रखती है।
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हमारे घरों और व्यवसायों को बिजली देने वाला इलेक्ट्रिक ग्रिड आपूर्ति और मांग का एक नाजुक संतुलन है, एक ऐसी प्रणाली जो पारंपरिक रूप से बड़े पावर प्लांटों से ऊर्जा के स्थिर, अनुमानित प्रवाह पर निर्भर रही है। हालाँकि, आज यह परिदृश्य तेजी से बदल रहा है। स्थानीय मोहल्लों में रूफटॉप सोलर पैनल और इलेक्ट्रिक वाहन चार्जर जोड़े जा रहे हैं, जो एक नए प्रकार की परिवर्तनशीलता (variability) पेश कर रहे हैं। सौर ऊर्जा बादलों के साथ घटती-बढ़ती रहती है, और इलेक्ट्रिक वाहन शाम के समय अक्सर एक ही समय में भारी मात्रा में बिजली खींचते हैं जब वे प्लग-इन होते हैं। यह उन स्थानीय तारों के लिए एक चुनौती पैदा करता है जो बिजली वितरित करते हैं: बहुत अधिक बिजली से वोल्टेज बढ़ सकता है, जबकि बहुत कम होने से वोल्टेज गिर सकता है, जिससे उपकरणों को नुकसान पहुँच सकता है या लाइटें मद्धम हो सकती हैं। लाइट चालू रखने और ग्रिड को स्थिर रखने के लिए, इंजीनियर बैटरी ऊर्जा भंडारण प्रणालियों (battery energy-storage systems) की ओर रुख कर रहे हैं। ये बैटरियां अतिरिक्त ऊर्जा को स्टोर कर सकती हैं और आवश्यकता पड़ने पर इसे छोड़ सकती हैं, जो एक बफर के रूप में कार्य करती हैं। लेकिन आधुनिक बैटरियां स्मार्ट इनवर्टर नामक परिष्कृत उपकरणों के माध्यम से ग्रिड से जुड़ी होती हैं। ये इनवर्टर केवल ऊर्जा को आगे-पीछे ले जाने का काम ही नहीं करते; वे बिजली के "दबाव" को भी समायोजित कर सकते हैं, जिसे रिएक्टिव पावर (reactive power) कहा जाता है, जो बैटरी की संग्रहीत ऊर्जा का उपयोग किए बिना सही वोल्टेज स्तर बनाए रखने में मदद करता है।
शोधकर्ताओं की एक टीम यह समझने के लिए काम में लगी कि इस दूसरी क्षमता का उपयोग करने से वास्तव में कितनी अतिरिक्त वैल्यू मिलती है। उन्होंने एक विशिष्ट प्रश्न पूछा: यदि एक बैटरी सिस्टम पहले से ही एक निश्चित आकार और एक निश्चित स्थान के साथ स्थापित है, तो क्या यह ग्रिड की अधिक मदद करता है यदि यह केवल ऊर्जा के प्रवाह को प्रबंधित करता है, या यदि यह एक ही समय में वोल्टेज दबाव को भी प्रबंधित करता है? उत्तर खोजने के लिए, उन्होंने एक मानक इलेक्ट्रिकल नेटवर्क का एक विस्तृत कंप्यूटर सिमुलेशन बनाया, जो एक उपनगरीय क्षेत्र में पाया जा सकता है। उन्होंने इस वर्चुअल ग्रिड को वास्तविक दुनिया की स्थितियों के एक पूरे दिन का अनुभव कराने के लिए प्रोग्राम किया, जिसमें सौर ऊर्जा उत्पादन का उतार-चढ़ाव और देर दोपहर और शाम को इलेक्ट्रिक वाहन चार्जिंग का भारी उछाल शामिल था। फिर उन्होंने तीन अलग-अलग परिदृश्य (scenarios) चलाए। पहले में, बैटरी ने कुछ नहीं किया। दूसरे में, बैटरी को केवल लोड को सुचारू बनाने के लिए ऊर्जा को चार्ज और डिस्चार्ज करने के लिए अनुकूलित किया गया था। तीसरे में, बैटरी को दोनों कार्य करने के लिए अनुकूलित किया गया था: ऊर्जा को चार्ज और डिस्चार्ज करना और साथ ही अपने स्मार्ट इनवर्टर का उपयोग करके वोल्टेज दबाव को समायोजित करना।
परिणामों ने दिखाया कि बैटरी की वोल्टेज दबाव को प्रबंधित करने की क्षमता ने ऊर्जा को केवल इधर-उधर ले जाने के अलावा एक महत्वपूर्ण, मापने योग्य लाभ प्रदान किया। जब बैटरी ने केवल ऊर्जा प्रवाह का प्रबंधन किया, तो इसने पूरे दिन के दौरान तारों में ऊष्मा के रूप में होने वाले कुल ऊर्जा नुकसान को लगभग 2.6 प्रतिशत कम किया। हालाँकि, जब बैटरी को अपने ऊर्जा प्रवाह को वोल्टेज नियंत्रण के साथ समन्वित करने की अनुमति दी गई, तो ऊर्जा हानि में कमी बढ़कर लगभग 10 प्रतिशत हो गई। यह सुधार केवल थोड़ी सी बिजली बचाने के बारे में नहीं था; यह इस बारे में था कि नेटवर्क के माध्यम से बिजली कैसे चलती है। स्थानीय स्तर पर सही मात्रा में वोल्टेज सहायता प्रदान करके, बैटरी ने मुख्य सबस्टेशन से जोड़ने वाले लंबे तारों पर तनाव को कम कर दिया, जिससे बिजली अधिक कुशलता से प्रवाहित होने लगी। शोधकर्ताओं ने वोल्टेज की स्थिरता को भी देखा। सबसे खराब स्थिति में, जब मांग सबसे अधिक थी, नेटवर्क में वोल्टेज एक निम्न स्तर तक गिर गया जो सुरक्षित तो था लेकिन आदर्श से काफी दूर था। ऊर्जा-केवल (energy-only) रणनीति ने इस निचले स्तर को थोड़ा ऊपर उठाने में मदद की, लेकिन समन्वित रणनीति ने इसे और भी ऊपर उठाया, जिससे ग्रिड एक स्थिर, स्वस्थ अवस्था के करीब पहुँच गया।
महत्वपूर्ण रूप से, शोधकर्ता यह सुनिश्चित करने के लिए सावधान थे कि यह सुधार स्मार्ट कंट्रोल रणनीति से आया है न कि केवल एक बड़ी बैटरी या अधिक शक्तिशाली उपकरण होने से। उन्होंने बैटरी का आकार, इनवर्टर की क्षमता और स्थान तीनों परीक्षणों में बिल्कुल समान रखा। उन्होंने यह भी सुनिश्चित किया कि बैटरी दिन की शुरुआत और अंत एक ही चार्ज के साथ करे, ताकि लाभ को केवल बैटरी के ऊर्जा खत्म होने के कारण नहीं ठहराया जा सके। अध्ययन ने प्रदर्शित किया कि स्मार्ट इनवर्टर की रिएक्टिव पावर प्रदान करने की क्षमता एक शक्तिशाली उपकरण है जो ऊर्जा भंडारण के साथ मिलकर काम करती है। हालाँकि, शोधकर्ताओं ने एक एकल उपकरण की सीमा को भी स्पष्ट रूप से पाया। सर्वोत्तम संभव समन्वय के साथ भी, नेटवर्क के सबसे तनावग्रस्त हिस्सों में वोल्टेज आदर्श लक्ष्य स्तर तक नहीं पहुँचा। यह इंगित करता है कि जबकि स्मार्ट कंट्रोल रणनीतियाँ प्रदर्शन में काफी सुधार कर सकती हैं और बर्बादी को कम कर सकती हैं, वे पर्याप्त उपकरण के आकार और उचित प्लेसमेंट की आवश्यकता को पूरी तरह से प्रतिस्थापित नहीं कर सकती हैं। अध्ययन निष्कर्ष निकालता है कि मौजूदा बैटरी प्रणालियों के लिए, इस दोहरे नियंत्रण मोड को सक्षम करना हार्डवेयर से अधिक मूल्य प्राप्त करने का एक अत्यधिक प्रभावी तरीका है, जो ऊर्जा की बर्बादी को कम करता है और ग्रिड को स्थिर करता है, लेकिन यह एक ऐसा जादुई समाधान नहीं है जो अतिरिक्त बुनियादी ढांचे के बिना हर समस्या को ठीक कर दे।
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