Power system operations and control
પાવર સિસ્ટમ ઓપરેશન્સ એ એક શબ્દ છે જેનો ઉપયોગ વીજળી ઉત્પાદનમાં એક દિવસ (દિવસ-આગળની કામગીરી) થી લઈને વીજળી વિતરણની થોડી મિનિટો પહેલાંની સમયમર્યાદા પર નિર્ણય લેવાની પ્રક્રિયાને વર્ણવવા માટે થાય છે. પાવર સિસ્ટમ કંટ્રોલ શબ્દ સ્વીકાર્ય ગુણવત્તાનો વિશ્વસનીય વીજ પુરવઠો પૂરો પાડવા માટે બિનઆયોજિત વિક્ષેપ (દા. ત. માંગમાં ફેરફાર અથવા સાધનસામગ્રીની નિષ્ફળતા) ના જવાબમાં લેવામાં આવેલી ક્રિયાઓનું વર્ણન કરે છે. અનુરૂપ ઇજનેરી શાખાને પાવર સિસ્ટમ ઓપરેશન્સ એન્ડ કંટ્રોલ કહેવામાં આવે છે. વીજળીનો સંગ્રહ કરવો મુશ્કેલ છે, તેથી કોઈપણ સમયે પુરવઠો (ઉત્પાદન) માંગ ("ગ્રીડ બેલેન્સિંગ") સાથે સંતુલિત રહેશે. વિદ્યુત ગ્રીડમાં વાસ્તવિક-સમય સંતુલનનું કાર્ય પ્રાદેશિક-આધારિત નિયંત્રણ કેન્દ્ર દ્વારા કરવામાં આવે છે, જે પરંપરાગત (ઊભી રીતે સંકલિત) વીજળી બજારમાં વિદ્યુત ઉપયોગિતા દ્વારા ચલાવવામાં આવે છે. પુનઃરચિત ઉત્તર અમેરિકન પાવર ટ્રાન્સમિશન ગ્રીડમાં, આ કેન્દ્રો 2016 માં 74 નંબરના સંતુલિત અધિકારીઓના છે, કામગીરી માટે જવાબદાર સંસ્થાઓને સ્વતંત્ર સિસ્ટમ ઓપરેટરો, ટ્રાન્સમિશન સિસ્ટમ ઓપરેટરો પણ કહેવામાં આવે છે. બહુવિધ પાવર પ્લાન્ટના સંતુલિત સંસાધનોનું બીજું સ્વરૂપ પાવર પૂલ છે. સંતુલિત અધિકારીઓની દેખરેખ વિશ્વસનીયતા સંકલનકારો દ્વારા કરવામાં આવે છે. દિવસ-આગળ કામગીરી દિવસ-આગળ કામગીરી ઉત્પાદન એકમોનું સમયપત્રક બનાવે છે જેને બીજા દિવસે વીજળી પૂરી પાડવા માટે બોલાવી શકાય છે (એકમ પ્રતિબદ્ધતા). ડિસ્પેચેબલ જનરેશન એકમો માંગ પર વીજળીનું ઉત્પાદન કરી શકે છે અને આમ ચોકસાઈ સાથે સુનિશ્ચિત કરી શકાય છે. બીજા દિવસ માટે હવામાન આધારિત પરિવર્તનશીલ પુનઃપ્રાપ્ય ઊર્જાનું ઉત્પાદન ચોક્કસ નથી, તેથી તેના સ્ત્રોતો બિન-વિતરણક્ષમ છે. આ પરિવર્તનશીલતા, અનિશ્ચિત ભાવિ વીજળીની માંગ અને સંભવિત ઉત્પાદન અને ટ્રાન્સમિશન નિષ્ફળતાઓને સમાવવાની જરૂરિયાત સાથે જોડાયેલી છે, જેમાં સંચાલન ભંડારની સુનિશ્ચિતતા જરૂરી છે જે વીજળીનું ઉત્પાદન કરે તેવી અપેક્ષા નથી, પરંતુ ખૂબ જ ટૂંકા નોટિસ પર મોકલી શકાય છે. કેટલાક એકમોમાં અનન્ય લાક્ષણિકતાઓ હોય છે જેના માટે તેમની પ્રતિબદ્ધતાની ખૂબ વહેલી જરૂર પડે છેઃ ઉદાહરણ તરીકે, પરમાણુ ઉર્જા મથકો શરૂ થવામાં ખૂબ જ લાંબો સમય લે છે, જ્યારે જળવિદ્યુત મથકોને જળ સંસાધનોના ઉપયોગનું અગાઉથી આયોજન કરવાની જરૂર હોય છે, તેથી આ માટે પ્રતિબદ્ધતાના નિર્ણયો ડિલિવરીના અઠવાડિયા કે મહિનાઓ પહેલાં પણ લેવામાં આવે છે. "પરંપરાગત" ઊભી સંકલિત વિદ્યુત ઉપયોગિતા માટે એકમ પ્રતિબદ્ધતાનો મુખ્ય ધ્યેય એકમ વીજળીના ઉત્પાદનની સીમાંત કિંમત અને (અશ્મિભૂત ઇંધણ ઉત્પાદન માટે તદ્દન નોંધપાત્ર) પ્રારંભિક ખર્ચ બંનેને ઘટાડવાનો છે. "પુનર્ગઠિત" વીજળી બજારમાં બજાર ક્લિયરિંગ અલ્ગોરિધમનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે, વારંવાર હરાજીના સ્વરૂપમાં; યોગ્યતા ક્રમને કેટલીકવાર માત્ર નાણાકીય ખર્ચ દ્વારા જ નહીં, પણ પર્યાવરણીય ચિંતાઓ દ્વારા પણ વ્યાખ્યાયિત કરવામાં આવે છે. ટૂંકા ગાળાની કામગીરી કરતાં એકમ પ્રતિબદ્ધતા વધુ જટિલ છે, કારણ કે એકમ ઉપલબ્ધતા બહુવિધ અવરોધોને આધિન છેઃ માંગ-પુરવઠાનું સંતુલન જાળવવાની જરૂર છે, જેમાં આકસ્મિકતા માટે પૂરતા કતાઈ ભંડારનો સમાવેશ થાય છે. સંતુલન ટ્રાન્સમિશન અવરોધોને પ્રતિબિંબિત કરવાની જરૂર છે; થર્મલ એકમોમાં ઓછામાં ઓછા અપટાઇમ (એકવાર ચાલુ થઈ ગયા પછી, ઝડપથી બંધ કરી શકાતા નથી) અને ડાઉનટાઇમ (એકવાર બંધ થઈ ગયા પછી, ઝડપથી ફરીથી શરૂ કરી શકાતું નથી) પર મર્યાદા હોઈ શકે છે; તકનીકી અવરોધોને કારણે "મસ્ટ-રન" એકમો ચલાવવા પડે છે (ઉદાહરણ તરીકે, સંયુક્ત ગરમી અને પાવર પ્લાન્ટ્સને તેમની ગરમીની જરૂર હોય તો ચલાવવું આવશ્યક છે); પ્લાન્ટમાં સામાન્ય રીતે એક જ ક્રૂ હોય છે જેને થર્મલ યુનિટ સ્ટાર્ટ-અપ દરમિયાન હાજર રહેવાની જરૂર હોય છે, તેથી એક સમયે માત્ર એક જ યુનિટ શરૂ કરી શકાય છે. કલાક-આગળ કામગીરી ડિલિવરી પહેલાના કલાકોમાં, સિસ્ટમ ઓપરેટરને વધારાના પૂરક ભંડાર તૈનાત કરવાની જરૂર પડી શકે છે અથવા તો વધુ ઉત્પાદન એકમો પણ કરવાની જરૂર પડી શકે છે, મુખ્યત્વે પુરવઠાની વિશ્વસનીયતાની ખાતરી કરવા માટે જ્યારે હજુ પણ ખર્ચ ઘટાડવાનો પ્રયાસ કરી રહ્યા હોય. તે જ સમયે, ઓપરેટરે ખાતરી કરવી જોઈએ કે વોલ્ટેજ પતનને રોકવા માટે પૂરતા પ્રમાણમાં પ્રતિક્રિયાશીલ પાવર ભંડાર ઉપલબ્ધ છે. રવાનગી વળાંક નિર્ણયો ("આર્થિક રવાનગી") રવાનગી વળાંક પર આધારિત હોય છે, જ્યાં એક્સ-અક્ષ સિસ્ટમ પાવરની રચના કરે છે, ઉત્પાદન એકમો માટેના અંતરાલો આ અક્ષ પર ગુણવત્તાના ક્રમમાં એકમની મહત્તમ પાવરને અનુરૂપ અંતરાલ લંબાઈ સાથે મૂકવામાં આવે છે, વાય-અક્ષ મૂલ્યો સીમાંત ખર્ચને રજૂ કરે છે (વીજળીના પ્રતિ-એમડબલ્યુએચ, સ્ટાર્ટઅપ ખર્ચને અવગણીને). ખર્ચ આધારિત નિર્ણયો માટે, યોગ્યતા ક્રમમાં એકમોને વધતા સીમાંત ખર્ચ દ્વારા વર્ગીકૃત કરવામાં આવે છે. જમણી બાજુનો આલેખ અત્યંત સરળ પ્રણાલીનું વર્ણન કરે છે, જેમાં ત્રણ પ્રતિબદ્ધ જનરેટર એકમો છે (સંપૂર્ણ રીતે ડિસ્પેચેબલ, સતત પ્રતિ-એમડબલ્યુએચ ખર્ચ સાથે): એકમ એ $30 પ્રતિ એમડબલ્યુએચ (0 થી 120 એમડબલ્યુ સિસ્ટમ પાવર) ના ખર્ચે 120 એમડબલ્યુ સુધી પહોંચાડી શકે છે; એકમ બી $60/એમડબલ્યુએચ (120 થી 200 એમડબલ્યુ સિસ્ટમ પાવર) પર 80 એમડબલ્યુ સુધી પહોંચાડી શકે છે; એકમ સી $120/એમડબલ્યુએચ (200 થી 250 એમડબલ્યુ સિસ્ટમ પાવર) પર 50 એમડબલ્યુ સુધી પહોંચાડવા સક્ષમ છે. અપેક્ષિત માંગ 150 મેગાવોટ (ગ્રાફ પર ઊભી લાઇન) પર, એકમ A સંપૂર્ણ 120 મેગાવોટ પાવર પર રોકાયેલ હશે, એકમ B 30 મેગાવોટના રવાનગી સ્તર પર ચાલશે, એકમ C અનામત રાખવામાં આવશે. આ રેખાની ડાબી બાજુએ રવાનગી વળાંક હેઠળના વિસ્તાર કામગીરીના કલાક દીઠ ખર્ચને રજૂ કરે છે (શરૂઆતના ખર્ચને અવગણીને, $30 * 120 + $60 * 30 = $5,400 પ્રતિ કલાક), આગામી એમડબલ્યુએચ વીજળીની વધતી કિંમત (ઉદાહરણમાં $60, ગ્રાફ પર આડી રેખા દ્વારા રજૂ થાય છે) ને સિસ્ટમ લેમ્બડા કહેવામાં આવે છે (આમ વળાંક માટેનું બીજું નામ, સિસ્ટમ લેમ્બડા વળાંક). વાસ્તવિક પ્રણાલીઓમાં એમડબલ્યુએચ દીઠ કિંમત સામાન્ય રીતે સ્થિર હોતી નથી, અને તેથી રવાનગી વળાંકની રેખાઓ આડી હોતી નથી (સામાન્ય રીતે રવાનગી સ્તર સાથે વીજળીની સીમાંત કિંમતમાં વધારો થાય છે, જો કે સંયુક્ત ચક્ર પાવર પ્લાન્ટ્સ માટે કામગીરીની રીતના આધારે બહુવિધ ખર્ચ વળાંક હોય છે, તેથી વીજળી-ખર્ચ સંબંધ એકવિધ હોવો જરૂરી નથી). જો ઉદાહરણમાં માંગનું લઘુતમ સ્તર 120 મેગાવોટથી ઉપર રહેશે, તો એકમ A સતત સંપૂર્ણ શક્તિ પર ચાલશે, બેઝલોડ શક્તિ પ્રદાન કરશે, એકમ B ચલ શક્તિ પર કામ કરશે, અને એકમ C ને ચાલુ અને બંધ કરવાની જરૂર પડશે, જે "મધ્યવર્તી" અથવા "સાયકલિંગ" ક્ષમતા પ્રદાન કરશે. જો માંગ માત્ર પ્રસંગોપાત 200 મેગાવોટથી ઉપર જાય છે, તો એકમ સી મોટાભાગે નિષ્ક્રિય રહેશે અને તેને પીકિંગ પાવર પ્લાન્ટ ("પીકર") ગણવામાં આવશે. પીકર દર વર્ષે માત્ર દસ કલાક ચાલે છે, તેથી મૂડી રોકાણ અને નિયત ખર્ચને પુનઃપ્રાપ્ત કરવા માટે પીકર દ્વારા ઉત્પાદિત વીજળીની કિંમત ખૂબ વધારે હોઈ શકે છે (કાલ્પનિક પૂર્ણ-સ્કેલ રવાનગી વળાંકની જમણી બાજુ જુઓ). રીડિસ્પેચ કેટલીકવાર ગ્રીડની મર્યાદાઓ અણધારી રીતે બદલાય છે અને અગાઉ નિર્ધારિત એકમ પ્રતિબદ્ધતાઓને બદલવાની જરૂરિયાત ઊભી થાય છે. આ સિસ્ટમ રીડિસ્પેચ ફેરફાર વાસ્તવિક સમયમાં કેન્દ્રીય સંચાલક દ્વારા નિયંત્રિત થાય છે જે બજારના સહભાગીઓને નિર્દેશો જારી કરે છે જે પાવર સ્તરોમાં વધારો/ઘટાડો કરવા માટે અગાઉથી બિડ રજૂ કરે છે. રીડિસ્પેચની કેન્દ્રીકૃત પ્રકૃતિને કારણે, કરારની શરતોની વાટાઘાટ કરવામાં કોઈ વિલંબ થતો નથી; ખર્ચ પૂર્વસ્થાપિત ટેરિફના આધારે અથવા સમાન શેરોમાં વિક્ષેપ માટે જવાબદાર સહભાગીઓને ફાળવવામાં આવે છે. મિનિટ-ફોરવર્ડ ઓપરેશન ડિલિવરી પહેલાંની મિનિટોમાં, સિસ્ટમ ઓપરેટર શ્રેષ્ઠ પાવર ફ્લો શોધવા માટે પાવર-ફ્લો સ્ટડી એલ્ગોરિધમ્સનો ઉપયોગ કરે છે. આ તબક્કે ધ્યેય પુરવઠાની વિશ્વસનીયતા ("સુરક્ષા") છે. વ્યવહારુ વિદ્યુત નેટવર્ક હાથથી ગણતરીઓ કરવા માટે ખૂબ જ જટિલ છે, તેથી 1920ના દાયકાથી ગણતરીઓ સ્વચાલિત કરવામાં આવી હતી, શરૂઆતમાં ખાસ-નિર્મિત એનાલોગ કમ્પ્યુટર્સના સ્વરૂપમાં, જેને નેટવર્ક વિશ્લેષકો કહેવામાં આવે છે, જેને 1960ના દાયકામાં ડિજિટલ કમ્પ્યુટર્સ દ્વારા બદલવામાં આવી હતી. વિક્ષેપ પછી નિયંત્રણ કુલ માંગ અને કુલ ભાર વચ્ચેના નાના વિસંગતતાઓ લાક્ષણિક છે અને શરૂઆતમાં ફરતી મશીનરી (મોટે ભાગે સિંક્રોનસ જનરેટર) ની ગતિ ઊર્જા દ્વારા તેની કાળજી લેવામાં આવે છેઃ જ્યારે વધુ પુરવઠો હોય છે, ત્યારે ઉપકરણો વધારાને શોષી લે છે, અને આવર્તન નિર્ધારિત દરથી ઉપર જાય છે, તેનાથી વિપરીત, વધુ પડતી માંગ જનરેટરને ધીમી કરીને વધારાની વીજળી પહોંચાડવાનું કારણ બને છે, આવર્તનમાં સહેજ ઘટાડો થાય છે, જેમાં સંચાલકના હસ્તક્ષેપની જરૂર પડતી નથી. આ "તાત્કાલિક નિયંત્રણ" ની સ્પષ્ટ મર્યાદાઓ છે, તેથી નિયંત્રણ સાતત્યને લાક્ષણિક પાવર ગ્રીડમાં બનાવવામાં આવે છે, જે સેકન્ડ ("પ્રાથમિક નિયંત્રણ") થી કલાકો ("સમય નિયંત્રણ") સુધી પ્રતિક્રિયા અંતરાલોમાં ફેલાયેલું હોય છે. સેકન્ડ પછી નિયંત્રણ આવર્તન વિક્ષેપ પછી સેકન્ડોમાં આપમેળે રોકાયેલું હોય છે. પ્રાથમિક નિયંત્રણ પરિસ્થિતિને સ્થિર કરે છે, પરંતુ શરતોને સામાન્ય સ્થિતિમાં પાછું લાવતું નથી અને ઉત્પાદન બાજુ (જ્યાં ગવર્નર પ્રાઇમ મૂવરની શક્તિને સમાયોજિત કરે છે) અને ભાર બંને પર લાગુ થાય છે, જ્યાંઃ ઇન્ડક્શન મોટર્સ સ્વ-સમાયોજિત (ઓછી આવર્તન ઊર્જાનો ઉપયોગ ઘટાડે છે); ઓછી આવર્તન રિલે વિક્ષેપકારક ભારને ડિસ્કનેક્ટ કરે છે; આનુષંગિક સેવાઓ રોકાયેલી હોય છે (વિશ્વસનીયતા સેવા કરાર દ્વારા મેળવેલ ભાર ઘટાડવામાં આવે છે). પ્રાથમિક નિયંત્રણ માટે સામાન્ય રીતે વપરાતો બીજો શબ્દ આવર્તન પ્રતિસાદ (અથવા "બીટા") છે. આવર્તન પ્રતિભાવમાં જનરેટરના જડતા પ્રતિભાવનો પણ સમાવેશ થાય છે. આ તે પરિમાણ છે જે સ્વચાલિત ઉત્પાદન નિયંત્રણ માટે ઉપયોગમાં લેવાતી ક્ષેત્ર નિયંત્રણ ભૂલ (ACE) ગણતરીના આવર્તન પૂર્વગ્રહ ગુણાંક દ્વારા અંદાજિત છે. મિનિટ્સ-આફ્ટર કંટ્રોલનો ઉપયોગ ખલેલ પછી સિસ્ટમ આવર્તનને પુનઃસ્થાપિત કરવા માટે થાય છે, જેમાં બેલેન્સિંગ ઓથોરિટી કંટ્રોલ કમ્પ્યુટર દ્વારા કરવામાં આવેલા ગોઠવણો (જેને સામાન્ય રીતે લોડ-ફ્રિક્વન્સી કંટ્રોલ અથવા ઓટોમેટિક જનરેશન કંટ્રોલ તરીકે ઓળખવામાં આવે છે) અને બેલેન્સિંગ ઓથોરિટી સ્ટાફ દ્વારા હાથથી લેવામાં આવતી ક્રિયાઓ હોય છે. ગૌણ નિયંત્રણ સ્પિનિંગ અને નોન-સ્પિનિંગ ભંડાર બંનેનો ઉપયોગ કરે છે, જેમાં ખલેલ પછી મિનિટોમાં સંતુલિત સેવાઓ તૈનાત કરવામાં આવે છે (જળવિદ્યુત પ્લાન્ટ વધુ ઝડપી પ્રતિક્રિયા માટે સક્ષમ છે). તૃતીય નિયંત્રણ તૃતીય નિયંત્રણમાં વર્તમાન અને ભવિષ્યની આકસ્મિક પરિસ્થિતિઓને સંભાળવા માટે અનામત જમાવટ અને પુનઃસ્થાપનનો સમાવેશ થાય છે. સમય નિયંત્રણ સમય નિયંત્રણનો ધ્યેય વિશાળ ક્ષેત્ર સિંક્રનસ ગ્રીડની અંદર ચોક્કસ મૂલ્ય પર લાંબા ગાળાની આવર્તન જાળવવાનો છે. વિક્ષેપને કારણે, સરેરાશ આવર્તન વહે છે, અને એસી ચક્રમાં માપવામાં આવતા સત્તાવાર સમય અને સમય વચ્ચે સમયની ભૂલ એકઠી થાય છે. યુ. એસ. માં, સરેરાશ 60 હર્ટ્ઝ આવર્તન દરેક આંતરજોડાણમાં નિયુક્ત એકમ, ટાઇમ મોનિટર દ્વારા જાળવવામાં આવે છે, જે સમયાંતરે ગ્રીડના આવર્તન લક્ષ્ય (સુનિશ્ચિત આવર્તન) ને પૂર્વવ્યાખ્યાયિત મર્યાદામાં એકંદર સમય સરભર કરવા માટે બદલે છે. ઉદાહરણ તરીકે, ઇસ્ટર્ન ઇન્ટરકનેક્શનમાં ક્રિયા (અસ્થાયી રૂપે આવર્તનને 60.02 Hz અથવા 59.98 Hz પર સુયોજિત કરવી) ત્યારે શરૂ થાય છે જ્યારે સમય ઓફસેટ 10 સેકન્ડ સુધી પહોંચે છે અને ઓફસેટ 6 સેકન્ડ સુધી પહોંચે તે પછી બંધ થાય છે. સમય નિયંત્રણ કમ્પ્યુટર દ્વારા કરવામાં આવે છે (સ્વચાલિત સમય ભૂલ સુધારણા), અથવા મોનિટર દ્વારા સંતુલિત અધિકારીઓને તેમની સેટિંગ્સને સમાયોજિત કરવા વિનંતી કરવામાં આવે છે. સંદર્ભો વિદ્યુત ઉર્જા ઉત્પાદન વિદ્યુત ઉર્જા ઇજનેરી વિદ્યુત ઉર્જા માળખાગત પાવર સ્ટેશન ટેકનોલોજી