১. ভূমিকা

পরিবেশগত সমস্যা ও সম্পদের সীমাবদ্ধতার কারণে, বৈশ্বিক শক্তি পরিস্থিতি জীবাশ্ম জ্বালানি থেকে একটি মৌলিক রূপান্তরের মধ্য দিয়ে যাচ্ছে। নবায়নযোগ্য শক্তি, বিশেষ করে বায়ু ও সৌর ফটোভোলটাইক, বিস্ফোরক বৃদ্ধি লাভ করেছে, যার মোট ইনস্টল ক্ষমতা ২০২০ সালে জলবিদ্যুৎকে ছাড়িয়ে গেছে। ২০২১ সালের শেষ নাগাদ, বৈশ্বিক নবায়নযোগ্য শক্তি ইনস্টল ক্ষমতা ৩০০০ গিগাওয়াট অতিক্রম করেছে, যার মধ্যে বায়ু ও সৌর শক্তি দুই-তৃতীয়াংশেরও বেশি অবদান রেখেছে। বৃহৎ আকারের ও পরিবর্তনশীল নবায়নযোগ্য শক্তি উৎপাদনের দিকে এই রূপান্তর, বিদ্যমান গ্রিডের সাথে এগুলোর দক্ষ ও নির্ভরযোগ্য সংযোগের জন্য অত্যাধুনিক প্রযুক্তির প্রয়োজন। জটিল নিয়ন্ত্রণ অ্যালগরিদমের উপর ভিত্তি করে তৈরি পাওয়ার ইলেকট্রনিক কনভার্টার, এই সংযোগ সাধনের মূল সক্ষমকারী প্রযুক্তিতে পরিণত হয়েছে, যা শক্তি উৎপাদন, রূপান্তর ও পরিবহনের পদ্ধতিকে পরিবর্তন করছে।

২. Power Electronics-এর ভূমিকা Renewable Energy Grid Integration-এ

পাওয়ার ইলেকট্রনিক্স হল ওঠানামাকারী নবায়নযোগ্য শক্তি এবং এসি বিদ্যুৎ গ্রিডের কঠোর প্রয়োজনীয়তার মধ্যে একটি অপরিহার্য ইন্টারফেস।

2.1 মূল কার্যকারিতা ও প্রয়োজনীয়তা

কনভার্টার মূল কার্যাবলী সম্পাদন করে: সৌর ও বায়ু শক্তির জন্য সর্বোচ্চ পাওয়ার পয়েন্ট ট্র্যাকিং করে সর্বোত্তম শক্তি আহরণ; গ্রিড-সামঞ্জস্যপূর্ণ এসি বিদ্যুৎ উৎপাদনের জন্য ডিসি-এসি ইনভার্শন; গ্রিড স্থিতিশীলতা সমর্থনের জন্য ভোল্টেজ ও ফ্রিকোয়েন্সি নিয়ন্ত্রণ; এবং রিএকটিভ পাওয়ার সমর্থন, ফল্ট রাইড-থ্রু ইত্যাদি গ্রিড পরিষেবার জন্য নিয়ন্ত্রণযোগ্যতা ও নমনীয়তা প্রদান।

2.2 প্রণয়নকৃত সিস্টেম-স্তরের চ্যালেঞ্জ

পাওয়ার ইলেকট্রনিক কনভার্টার ব্যাপকভাবে প্রচলিত সিনক্রোনাস জেনারেটরগুলিকে প্রতিস্থাপন করছে, যা সিস্টেমের প্রাকৃতিক ঘূর্ণন জড়তা এবং শর্ট-সার্কিট ক্ষমতা হ্রাস করছে। এটি ফ্রিকোয়েন্সি স্থিতিশীলতা বজায় রাখা এবং ফল্ট কারেন্ট পরিচালনা করার জন্য চ্যালেঞ্জ তৈরি করছে, যা পাওয়ার গ্রিডকে বিঘ্নের প্রতি আরও সংবেদনশীল করে তুলছে। এই নিবন্ধটি এই জড়তা হ্রাসকে কনভার্টার-ভিত্তিক উত্সের উচ্চ অনুপাতের গ্রিড সংযোগের ফলে উদ্ভূত একটি প্রধান প্রযুক্তিগত চ্যালেঞ্জ হিসেবে চিহ্নিত করে।

3. প্রযুক্তিগত ফোকাস: বায়ুশক্তি, সৌরশক্তি ও শক্তি সঞ্চয়

3.1 বায়ু বিদ্যুৎ উৎপাদন ব্যবস্থা

আধুনিক বায়ু টারবাইনগুলি প্রধানত পূর্ণ-ক্ষমতা বা আংশিক-ক্ষমতা পাওয়ার কনভার্টার ব্যবহার করে। গুরুত্বপূর্ণ অগ্রগতির মধ্যে রয়েছে উন্নত জেনারেটর-কনভার্টার কনফিগারেশন (যেমন, আংশিক-ক্ষমতা কনভার্টার সহ ডাবলি ফেড ইন্ডাকশন জেনারেটর, পূর্ণ-ক্ষমতা কনভার্টার সহ পার্মানেন্ট ম্যাগনেট সিনক্রোনাস জেনারেটর) এবং ভোল্টেজ ডিপের সময় গ্রিডকে সমর্থনকারী নিয়ন্ত্রণ কৌশল (লো ভোল্টেজ রাইড-থ্রু)।

3.2 সৌর ফটোভোলটাইক ব্যবস্থা

ফটোভোলটাইক সিস্টেম ইনভার্টারের উপর নির্ভর করে প্যানেল থেকে প্রাপ্ত ডিসি কারেন্টকে এসি কারেন্টে রূপান্তর করতে। ইনভার্টারের দক্ষতা, পাওয়ার ঘনত্ব এবং নির্ভরযোগ্যতা বৃদ্ধি করা এখানে গুরুত্বপূর্ণ। নিবন্ধে স্ট্রিং ইনভার্টার, সেন্ট্রাল ইনভার্টার এবং মডিউল-লেভেল পাওয়ার ইলেকট্রনিক্সের মতো টপোলজি নিয়ে আলোচনা করা হয়েছে। বড় আকারের ফটোভোলটাইক পাওয়ার প্ল্যান্টের জন্য, ভোল্টেজ-রিঅ্যাকটিভ কন্ট্রোল এবং ফ্রিকোয়েন্সি-অ্যাকটিভ কন্ট্রোলের মতো গ্রিড সাপোর্ট ফাংশন অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ।

3.3 শক্তি সঞ্চয় ব্যবস্থা

দ্বিমুখী পাওয়ার কনভার্টার দ্বারা সংযুক্ত শক্তি সঞ্চয় ব্যবস্থা, বায়ু ও সৌরশক্তির অনিয়মিততা প্রশমনের একটি গুরুত্বপূর্ণ সমাধান হিসাবে জোর দেওয়া হয়েছে। এটি শক্তি সময় পরিবর্তন, ফ্রিকোয়েন্সি নিয়ন্ত্রণ এবং র্যাম্পিং সমর্থন প্রদান করে। নিবন্ধটি চার্জ-ডিসচার্জ চক্র পরিচালনা এবং পুনর্নবীকরণযোগ্য শক্তির উৎসের সাথে শক্তি সঞ্চয়কে নির্বিঘ্নে সংহত করার ক্ষেত্রে পাওয়ার ইলেকট্রনিক্সের ভূমিকাকে গুরুত্ব দেয়।

4. নিয়ন্ত্রণ কৌশল: ডিভাইস থেকে সিস্টেম

4.1 কনভার্টার স্তরের নিয়ন্ত্রণ

এটি একটি পৃথক কনভার্টারের অভ্যন্তরীণ নিয়ন্ত্রণ লুপ জড়িত। সাধারণ কৌশলগুলির মধ্যে রয়েছে গ্রিড-ফলোয়িং কারেন্ট কন্ট্রোল (যেমন, PLL এবং সিঙ্ক্রোনাস রোটেটিং রেফারেন্স ফ্রেম কন্ট্রোল ব্যবহার করে) এবং উদীয়মান গ্রিড-ফর্মিং কন্ট্রোল। গ্রিড-ফর্মিং কন্ট্রোল কনভার্টারকে স্বাধীনভাবে গ্রিড ভোল্টেজ এবং ফ্রিকোয়েন্সি স্থাপন করতে দেয়, যা সিঙ্ক্রোনাস জেনারেটরের আচরণের অনুকরণ করে, যা দুর্বল গ্রিড বা কনভার্টার-ভিত্তিক উত্সের উচ্চ অনুপাতযুক্ত সিস্টেমের জন্য অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ।

4.2 সিস্টেম স্তর সমন্বয় নিয়ন্ত্রণ

নবায়নযোগ্য শক্তি কেন্দ্রের আকার বৃদ্ধির সাথে সাথে শত শত স্বাধীন ইনভার্টার সমন্বয় করা অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ হয়ে উঠেছে। এতে একটি স্তরবিন্যাস নিয়ন্ত্রণ কাঠামো জড়িত: প্রাথমিক নিয়ন্ত্রণ (স্থানীয়, দ্রুত প্রতিক্রিয়া), মাধ্যমিক নিয়ন্ত্রণ (প্ল্যান্ট-স্তর, ফ্রিকোয়েন্সি/ভোল্টেজ পুনরুদ্ধার) এবং তৃতীয় নিয়ন্ত্রণ (সিস্টেম-স্তর, অর্থনৈতিক ডিসপ্যাচ অপ্টিমাইজেশন)। এই সমন্বয়ের জন্য যোগাযোগ নেটওয়ার্ক এবং উন্নত অ্যালগরিদম প্রয়োজন।

5. ভবিষ্যত গবেষণার সম্ভাবনা

নিবন্ধটি ভবিষ্যতের গবেষণার মূল দিকগুলির রূপরেখা দিয়েছে: 1) সিস্টেমের স্থিতিশীলতা বাড়ানোর জন্য উন্নত গ্রিড-ফর্মিং নিয়ন্ত্রণ কৌশল। 2) উচ্চতর দক্ষতা এবং পাওয়ার ঘনত্ব অর্জনের জন্য ওয়াইড ব্যান্ডগ্যাপ সেমিকন্ডাক্টর (যেমন SiC, GaN) ভিত্তিক ইনভার্টার উন্নয়ন। 3) ভবিষ্যদ্বাণীমূলক রক্ষণাবেক্ষণ, ত্রুটি নির্ণয় এবং ইনভার্টার ক্লাস্টারের অপ্টিমাইজেশন নিয়ন্ত্রণের জন্য কৃত্রিম বুদ্ধিমত্তা এবং ডেটা-চালিত পদ্ধতির প্রয়োগ। 4) আন্তঃক্রিয়াশীলতা নিশ্চিত করতে গ্রিড কোড এবং ইনভার্টার ইন্টারফেসের মানকীকরণ। 5) যোগাযোগ-নির্ভর সমন্বিত নিয়ন্ত্রণ ব্যবস্থার জন্য সাইবার নিরাপত্তা।

6. পরিসংখ্যানিক সংক্ষিপ্ত বিবরণ

বিশ্বব্যাপী নবায়নযোগ্য শক্তি স্থাপিত ক্ষমতা (২০২১ সালের শেষ নাগাদ)

> 3000 吉瓦

পুনর্নবীকরণযোগ্য শক্তিতে বায়ু ও সৌরশক্তির অংশ

> 2/3

বায়ুশক্তি + সৌরশক্তি বনাম জলবিদ্যুৎ

2020 সালে অতিক্রম করা হয়েছে

উৎস: PDF বিষয়বস্তু (গ্লোবাল এনার্জি রিপোর্ট রেফারেন্স) অনুযায়ী সংকলিত।

7. মূল অন্তর্দৃষ্টি

  • ক্ষমতায়নকারী ও বিঘ্নকারী: পাওয়ার ইলেকট্রনিক্স ব্যাপক আকারে নবায়নযোগ্য শক্তির জন্য একটি গুরুত্বপূর্ণ ক্ষমতায়নকারী, কিন্তু এটি নতুন গ্রিড স্থিতিশীলতার চ্যালেঞ্জ (যেমন কম ইনার্শিয়া) এরও একটি প্রধান উৎস।
  • নিয়ন্ত্রণই রাজা: সাধারণ গ্রিড-ফলোয়িং নিয়ন্ত্রণ থেকে বুদ্ধিমান গ্রিড-ফর্মিং নিয়ন্ত্রণে রূপান্তর ভবিষ্যতের পাওয়ার গ্রিড স্থিতিশীলতার সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ প্রবণতা।
  • শক্তি সঞ্চয় অপরিহার্য: বিদ্যুৎ ইলেকট্রনিক্স দ্বারা পরিচালিত বৃহৎ আকারের শক্তি সঞ্চয় ব্যতীত ভারসাম্য ও গ্রিড পরিষেবা প্রদান করা সম্ভব নয়, তাই বৃহৎ আকারের নবায়নযোগ্য শক্তির গ্রিড সংযোগ সম্ভব নয়।
  • সিস্টেম-স্তরের চিন্তাভাবনা: ফোকাস অবশ্যই পৃথক কনভার্টার অপ্টিমাইজ করার পরিবর্তে সম্পূর্ণ ভিন্নধর্মী সম্পদ ক্লাস্টার (বায়ু, সৌর, স্টোরেজ) একটি ভার্চুয়াল পাওয়ার প্লান্ট হিসেবে সমন্বয়ের দিকে স্থানান্তরিত করতে হবে।

8. উপসংহার

পাওয়ার ইলেকট্রনিক্স পুনর্নবীকরণযোগ্য শক্তিপ্রধান একটি টেকসই শক্তি ব্যবস্থায় রূপান্তরের ভিত্তিপ্রস্তর। যদিও এটি ওঠানামাকারী শক্তির উৎসকে গ্রিডে সংযুক্ত করার মৌলিক সমস্যার সমাধান করে, এটি জটিল স্থিতিশীলতা ও নিয়ন্ত্রণ চ্যালেঞ্জও সৃষ্টি করে। ভবিষ্যতের পথ কেবল উন্নত হার্ডওয়্যার নয়, বরং উল্লেখযোগ্যভাবে আরও বুদ্ধিমান, অভিযোজিত ও সমন্বিত নিয়ন্ত্রণ ব্যবস্থা জড়িত, যা কনভার্টার-ভিত্তিক সম্পদকে ঐতিহ্যগতভাবে সিনক্রোনাস মেশিন দ্বারা প্রদত্ত নির্ভরযোগ্যতা ও স্থিতিস্থাপকতা প্রদান করতে সক্ষম করবে। পুনর্নবীকরণযোগ্য শক্তি ও পাওয়ার ইলেকট্রনিক্সের ক্রমহ্রাসমান খরচ এই রূপান্তরকে ত্বরান্বিত করবে।

9. মূল বিশ্লেষণ: গুরুত্বপূর্ণ শিল্প দৃষ্টিভঙ্গি

Core Insights: এই নিবন্ধটি সঠিকভাবে নির্দেশ করেছে যে বিদ্যুৎ ইলেকট্রনিক্স নবায়নযোগ্য শক্তি রূপান্তরে একইসাথে নায়ক এবং সম্ভাব্য মারাত্মক দুর্বলতার দ্বৈত ভূমিকা পালন করে। এর মূল যুক্তি—উন্নত নিয়ন্ত্রণ অবশ্যই বিকশিত হতে হবে যাতে সেইসব কনভার্টার দ্বারা প্রবর্তিত সিস্টেম অস্থিরতা পরিচালনা করা যায় যারা নিজেরাই এই রূপান্তরকে সম্ভব করছে—শুধু একাডেমিক নয়; এটি গ্লোবাল গ্রিড অপারেটরদের (ক্যালিফোর্নিয়ার CAISO থেকে ইউরোপের ENTSO-E পর্যন্ত) মুখোমুখি হওয়া বিলিয়ন-ডলারের অপারেশনাল চ্যালেঞ্জ।

যৌক্তিক ধারা ও সুবিধা: নিবন্ধটির গঠন কাঠামো কঠোর, যা বৃহৎ শক্তি প্রবণতা থেকে শুরু করে নির্দিষ্ট প্রযুক্তি (বায়ু, সৌর, স্টোরেজ) পর্যন্ত গিয়ে, তারপর নিয়ন্ত্রণ এই মূল সমস্যাটির গভীরে আলোচনা করে। এর প্রধান শক্তি হল ডিভাইস-স্তরের কনভার্টার নিয়ন্ত্রণ (যেমন কারেন্ট কন্ট্রোল লুপ) সরাসরি সিস্টেম-স্তরের ঘটনা (যেমন জড়তা হ্রাস) এর সাথে সংযুক্ত করা। এটি ইঞ্জিনিয়ারিং ডিজাইন এবং গ্রিড-স্কেল প্রভাবের মধ্যে সেতুবন্ধন তৈরি করে, একটি সংযোগ যা প্রায়শই উপেক্ষিত হয়। বিশ্বব্যাপী ক্ষমতার তথ্য উদ্ধৃত করে আলোচনাকে জরুরি বাস্তবতার ভিত্তিতে দাঁড় করানো হয়েছে।

ত্রুটি ও বাদ পড়া: বিশ্লেষণটি 'কী' এবং 'কেন' তা বিস্তারিতভাবে ব্যাখ্যা করলেও, 'কতটা' তার উপর কম আলোকপাত করেছে। এটি জড়তা হ্রাসের কথা উল্লেখ করেছে, কিন্তু ঝুঁকির থ্রেশহোল্ড বা গ্রিড-ফর্মিং ইনভার্টার, ভার্চুয়াল ইনার্শিয়ার মতো সমাধানের খরচ পরিমাপ করেনি। এটি বিশাল সফটওয়্যার ও সাইবার নিরাপত্তা চ্যালেঞ্জকেও কম গুরুত্ব দিয়েছে। ইউএস ডিপার্টমেন্ট অফ এনার্জির Grid Modernization Initiative-এর মতোই জোর দিয়ে বলা হয়েছে, ভবিষ্যতের গ্রিড একটি সাইবার-ফিজিক্যাল সিস্টেম। একটি সমন্বিত ইনভার্টার ক্লাস্টারের নিয়ন্ত্রণ সংকেত যদি বিঘ্নিত হয়, তবে তা অস্থিতিশীলতা সৃষ্টি করতে পারে যত দ্রুত একটি শারীরিক ত্রুটি পারে। এছাড়াও, যদিও কৃত্রিম বুদ্ধিমত্তার কথা বলা হয়েছে, এটি 'ব্ল্যাক বক্স' সমস্যাটির মুখোমুখি হয়নি—গ্রিড অপারেটররা যে অ্যালগরিদমগুলি তারা সম্পূর্ণরূপে বুঝতে এবং নিরীক্ষণ করতে পারে না তার কাছে স্থিতিশীলতার দায়িত্ব অর্পণ করতে অত্যন্ত অনিচ্ছুক, এটি MIT Laboratory for Information and Decision Systems-এর মতো প্রতিষ্ঠানের গবেষণা দ্বারা দৃঢ়ভাবে যুক্তি দেওয়া হয়েছে।

বাস্তবায়নযোগ্য অন্তর্দৃষ্টি: শিল্পের স্টেকহোল্ডারদের জন্য, এই নিবন্ধটি জরুরি মাইলফলকসহ একটি পরিষ্কার রোডম্যাপ। 1) ইউটিলিটি কোম্পানি এবং গ্রিড অপারেটর: অবিলম্বে গ্রিড ইন্টারকানেকশন মান হালনাগাদ করতে হবে, নতুন বড় আকারের নবায়নযোগ্য শক্তি কেন্দ্রগুলির জন্য গ্রিড-ফর্মিং ক্ষমতা এবং নির্দিষ্ট গতিশীল কর্মক্ষমতা বাধ্যতামূলক করতে হবে, যা স্থির পাওয়ার ফ্যাক্টর প্রয়োজনীয়তার বাইরে যায়।2) কনভার্টার প্রস্তুতকারক: 研发竞赛不再仅仅是关于效率($\eta > 99\%$);而是关于嵌入固件的智能和电网支持功能。3) বিনিয়োগকারী: সর্বোচ্চ বৃদ্ধির সম্ভাবনা সোলার প্যানেল বা টারবাইন উৎপাদনে নয়, বরং এই স্থিতিশীলতা ও সমন্বয় সমস্যা সমাধানকারী পাওয়ার ইলেকট্রনিক্স, কন্ট্রোল সফটওয়্যার এবং গ্রিড এজ অ্যানালিটিক্স কোম্পানিগুলোতে রয়েছে। রূপান্তরের পরবর্তী পর্যায়টি ইনস্টল ক্ষমতা দ্বারা নয়, বরং প্রদত্ত নিয়ন্ত্রণযোগ্যতা দ্বারা সংজ্ঞায়িত হবে।

১০. প্রযুক্তিগত গভীর বিশ্লেষণ

গ্রিড-ফলোয়িং কারেন্ট কন্ট্রোলের গাণিতিক বর্ণনা: একটি মৌলিক নিয়ন্ত্রণ কৌশলে Park transformation ব্যবহার জড়িত, যা PLL সিঙ্ক্রোনাইজেশনের মাধ্যমে তিন-ফেজ গ্রিড কারেন্ট ($i_a, i_b, i_c$) কে সিঙ্ক্রোনাস রোটেটিং রেফারেন্স ফ্রেম (d-q ফ্রেম) এ রূপান্তর করে। নিয়ন্ত্রণের লক্ষ্য হল সক্রিয় শক্তি (P) নিয়ন্ত্রণের জন্য d-অক্ষ কারেন্ট ($i_d$) এবং বিক্রিয়াশীল শক্তি (Q) নিয়ন্ত্রণের জন্য q-অক্ষ কারেন্ট ($i_q$) নিয়ন্ত্রণ করা।

পাওয়ার সমীকরণ হল:

$P = \frac{3}{2} (v_d i_d + v_q i_q) \approx \frac{3}{2} V_{grid} i_d$ (ধরে নেওয়া হয়েছে $v_q \approx 0$)

$Q = \frac{3}{2} (v_q i_d - v_d i_q) \approx -\frac{3}{2} V_{grid} i_q$

এখানে $v_d$ এবং $v_q$ হল গ্রিড ভোল্টেজের উপাদান। সাধারণত, একটি আনুপাতিক-অখণ্ড নিয়ন্ত্রক ব্যবহার করে ত্রুটির উপর ভিত্তি করে ভোল্টেজ রেফারেন্স ($v_d^*, v_q^*$) তৈরি করা হয়, যা তারপর স্থির স্থানাঙ্ক ব্যবস্থায় রূপান্তরিত হয়ে কনভার্টার সুইচিংয়ের জন্য PWM সংকেত তৈরি করে।

পরীক্ষার ফলাফল এবং চিত্রের বর্ণনা: PDF-এ উদ্ধৃত চিত্র 1 হল একটি ঐতিহাসিক লাইন গ্রাফ যা 1800 থেকে 2019 সাল পর্যন্ত বিশ্বের প্রাথমিক শক্তি খরচের কাঠামো প্রদর্শন করে। এটি যে মূল পরীক্ষামূলক ফলাফলটি স্পষ্টভাবে উপস্থাপন করে তা হল, জীবাশ্ম জ্বালানির (কয়লা, তেল, প্রাকৃতিক গ্যাস) অংশীদারি বিংশ শতাব্দীর শুরুতে প্রায় 100% থেকে ধীরে ধীরে কিন্তু উল্লেখযোগ্যভাবে হ্রাস পেয়েছে এবং গত দুই দশকে আধুনিক নবায়নযোগ্য শক্তির (বায়ু, সৌর, জৈব জ্বালানি) সংশ্লিষ্ট বৃদ্ধি পেয়েছে। যাইহোক, চিত্রটির সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ অন্তর্নিহিত বার্তা – যা তথ্যে নিহিত রয়েছে – তা হল, বৃদ্ধি সত্ত্বেও, 2019 সাল পর্যন্ত জীবাশ্ম জ্বালানি এখনও 80% এর বেশি অংশ নিয়ে শক্তি কাঠামোতে আধিপত্য বজায় রেখেছে, যা অবশিষ্ট রূপান্তর চ্যালেঞ্জের মাত্রাটি স্পষ্টভাবে প্রকাশ করে। এই অভিজ্ঞতামূলক তথ্যটি ব্যাপক আকারে নবায়নযোগ্য শক্তি একীকরণ ত্বরান্বিত করার বিষয়ে এই নিবন্ধের সম্পূর্ণ যুক্তিকে সমর্থন করে।

১১. বিশ্লেষণ কাঠামো: সিস্টেম-স্তরের স্থিতিশীলতা মূল্যায়ন কেস স্টাডি

দৃশ্যকল্প: একটি উচ্চ অনুপাতের ফটোভোলটাইক-প্রবিষ্ট আঞ্চলিক পাওয়ার গ্রিডে একটি বড় ঐতিহ্যবাহী জেনারেটর হঠাৎ বিচ্ছিন্ন হওয়ার পর এর ফ্রিকোয়েন্সি স্থিতিশীলতা মূল্যায়ন করা।

কাঠামোগত ধাপসমূহ:

  1. মডেলিং: DIgSILENT PowerFactory বা MATLAB/Simulink এর মতো টুলসে পাওয়ার গ্রিডের গতিশীল মডেল তৈরি করুন। অন্তর্ভুক্ত করুন:
    • সিঙ্ক্রোনাস জেনারেটর (গভর্নর এবং অটোমেটিক ভোল্টেজ রেগুলেটর মডেল সহ)।
    • একটি বৃহৎ সৌর বিদ্যুৎ কেন্দ্র, কারেন্ট-নিয়ন্ত্রিত এবং কোনো অন্তর্নিহিত জড়তা ছাড়া গ্রিড-ফলোয়িং ইনভার্টারের সমষ্টি হিসাবে মডেল করা।
    • লোড।
  2. বেসলাইন সিমুলেশন: জেনারেটর ট্রিপিং ইভেন্ট সিমুলেট করুন। ফ্রিকোয়েন্সি রেট অফ চেঞ্জ এবং ফ্রিকোয়েন্সি ন্যাডির পরিমাপ করুন।
  3. বিশ্লেষণ: উচ্চ-ফ্রিকোয়েন্সি পরিবর্তনের হার এবং গভীরতার ফ্রিকোয়েন্সি সর্বনিম্ন বিন্দু জড়তার অপর্যাপ্ততা প্রমাণ করবে। সমতুল্য সিস্টেম জড়তা ধ্রুবক গণনা করুন এবং উচ্চ অনুপাতের সৌরবিদ্যুৎ সংযোগের পূর্বের স্তরের সাথে তুলনা করুন।
  4. হস্তক্ষেপ সিমুলেশন: ফটোভোলটাইক পাওয়ার স্টেশন মডেল সংশোধন করুন। কিছু গ্রিড-ফলোয়িং ইনভার্টার প্রতিস্থাপন করুনগ্রিড-ফর্মিং ইনভার্টার, এই ইনভার্টারগুলি ফ্রিকোয়েন্সি পরিবর্তনের হারের সমানুপাতিক পাওয়ার প্রতিক্রিয়া প্রদানের মাধ্যমে জড়তা অনুকরণ করতে পারে ($P_{support} = -K_{d} \cdot \frac{df}{dt}$)।
  5. তুলনা ও উপসংহার: ত্রুটির দৃশ্যাবলী পুনরায় চালানো। উন্নত ফ্রিকোয়েন্সি পরিবর্তনের হার এবং কম গভীরতার ফ্রিকোয়েন্সি সর্বনিম্ন বিন্দুটি গ্রিড-সাপোর্টিভ পাওয়ার ইলেকট্রনিক্স কন্ট্রোলের মূল্যকে পরিমাণগতভাবে প্রমাণ করে। এই কেস স্টাডি গবেষণার প্রস্তাবিত দিকের জন্য সরাসরি, সিমুলেশন-ভিত্তিক যুক্তি প্রদান করে।

এটি একটি সরলীকৃত ধারণাগত কেস। প্রকৃত গবেষণায় র্যান্ডম পাওয়ার জেনারেশন কার্ভ, কমিউনিকেশন বিলম্ব এবং প্রোটেকশন কোঅর্ডিনেশন জড়িত।

12. প্রয়োগের সম্ভাবনা ও ভবিষ্যৎ দিকনির্দেশ

  • হাইব্রিড পাওয়ার প্ল্যান্ট: একই স্থানে অবস্থিত বায়ু, সৌর এবং শক্তি সঞ্চয় ব্যবস্থাকে একটি একক পাওয়ার ইলেকট্রনিক প্ল্যাটফর্ম ("হাইব্রিড ইনভার্টার" বা প্ল্যান্ট কন্ট্রোলার) এর মাধ্যমে একীভূত নিয়ন্ত্রণ নতুন বড় ইউটিলিটি প্রকল্পগুলির জন্য মান হয়ে উঠবে, যা গ্রিডের মূল্য এবং ভূমি ব্যবহারকে সর্বাধিক করবে।
  • ডিসি গ্রিড এবং আন্তঃসংযোগ: উন্নত পাওয়ার ইলেকট্রনিক্স (ভোল্টেজ সোর্স কনভার্টার প্রযুক্তি) ভিত্তিক উচ্চ-ভোল্টেজ ডিসি এবং মাঝারি-ভোল্টেজ ডিসি সিস্টেম ভবিষ্যতের পাওয়ার গ্রিডের মেরুদণ্ড গঠন করবে, যা অফশোর বায়ু খামারগুলিকে সংযুক্ত করবে এবং নবায়নযোগ্য শক্তির দীর্ঘ-দূরত্ব, কম-ক্ষয় ট্রান্সমিশন সক্ষম করবে।
  • বিতরণকৃত শক্তি ব্যবস্থাপনা ব্যবস্থা: বর্ণিত সমন্বয় বাস্তবায়িত হবে বিতরণকৃত শক্তি ব্যবস্থাপনা সিস্টেম প্ল্যাটফর্মের মাধ্যমে, যা রিয়েল-টাইম ডেটা এবং আর্টিফিশিয়াল ইন্টেলিজেন্স ব্যবহার করে লক্ষ লক্ষ বিতরণকৃত সম্পদ (ছাদ-স্থাপিত সৌর, বৈদ্যুতিক যানবাহন, গৃহস্থালি ব্যাটারি) ভার্চুয়াল পাওয়ার প্লান্ট হিসেবে একত্রিত ও নিয়ন্ত্রণ করে, গ্রিড সেবা প্রদান করে অভূতপূর্ব সূক্ষ্মতার সাথে।
  • ম্যাটেরিয়ালস সায়েন্স ফ্রন্টিয়ার্স: সিলিকন কার্বাইড এবং গ্যালিয়াম নাইট্রাইড ট্রানজিস্টরের ব্যাপক গ্রহণযোগ্যতা আরও ছোট, আরও দক্ষ, উচ্চতর তাপমাত্রা এবং সুইচিং ফ্রিকোয়েন্সিতে কাজ করতে সক্ষম কনভার্টার নিয়ে আসবে, যা নতুন টপোলজির জন্ম দেবে এবং খরচ আরও কমিয়ে দেবে।

13. তথ্যসূত্র

  1. F. Blaabjerg, Y. Yang, K. A. Kim, J. Rodriguez, "Power Electronics Technology for Large-Scale Renewable Energy Generation," Proceedings of the IEEE, vol. 111, no. 4, pp. 335-?, Apr. 2023. DOI: 10.1109/JPROC.2023.3253165.
  2. International Renewable Energy Agency (IRENA), Renewable Capacity Statistics 2022, Abu Dhabi, 2022. [Online]. Available: https://www.irena.org/publications
  3. U.S. Department of Energy, গ্রিড আধুনিকীকরণ উদ্যোগ বহু-বর্ষীয় কর্মসূচি পরিকল্পনা, 2021. [অনলাইন]. উপলব্ধ: https://www.energy.gov/gdo/grid-modernization-initiative
  4. J. Zhu et al., "Grid-Forming Inverters: A Critical Asset for the Future Grid," IEEE Power and Energy Magazine, vol. 18, no. 6, pp. 18-27, Nov./Dec. 2020.
  5. MIT Laboratory for Information and Decision Systems, "Reliable and Secure Electric Power Systems," Research Brief. [Online]. Available: https://lids.mit.edu/research/reliable-and-secure-electric-power-systems
  6. National Renewable Energy Laboratory (NREL), "Advanced Power Electronics and Electric Machines," [Online]. Available: https://www.nrel.gov/transportation/advanced-power-electronics-electric-machines.html