Voltage control and reactive power management
વોલ્ટેજ નિયંત્રણ અને પ્રતિક્રિયાશીલ પાવર વ્યવસ્થાપન એ આનુષંગિક સેવાના બે પાસાં છે જે ટ્રાન્સમિશન નેટવર્કની વિશ્વસનીયતાને સક્ષમ કરે છે અને આ નેટવર્ક પર વીજળી બજારને સરળ બનાવે છે. આ પ્રવૃત્તિના બંને પાસાઓ એકબીજા સાથે જોડાયેલા છે (વૈકલ્પિક પ્રવાહ (એસી) નેટવર્કમાં વોલ્ટેજ પરિવર્તન પ્રતિક્રિયાશીલ શક્તિના ઉત્પાદન અથવા શોષણ દ્વારા પ્રભાવિત થાય છે), તેથી આ લેખમાં વોલ્ટેજ નિયંત્રણ શબ્દનો ઉપયોગ મુખ્યત્વે આ અનિવાર્યપણે એક જ પ્રવૃત્તિને નિયુક્ત કરવા માટે કરવામાં આવશે, જે કિર્બી એન્ડ હિર્સ્ટ (1997) દ્વારા સૂચવવામાં આવ્યું છે. વોલ્ટેજ નિયંત્રણમાં એક એસી ચક્રની અંદર પ્રતિક્રિયાશીલ પાવર ઇન્જેક્શનનો સમાવેશ થતો નથી; આ એક અલગ આનુષંગિક સેવાનો એક ભાગ છે, જેને સિસ્ટમ સ્થિરતા સેવા કહેવાય છે. પ્રતિક્રિયાશીલ શક્તિનું પ્રસારણ તેની પ્રકૃતિ દ્વારા મર્યાદિત છે, તેથી વોલ્ટેજ નિયંત્રણ સમગ્ર પાવર ગ્રીડમાં વિતરિત સાધનોના ટુકડાઓ દ્વારા પ્રદાન કરવામાં આવે છે, આવર્તન નિયંત્રણથી વિપરીત જે સિસ્ટમમાં એકંદર સક્રિય પાવર સંતુલન જાળવવા પર આધારિત છે. વોલ્ટેજ નિયંત્રણની જરૂરિયાત કિર્બી એન્ડ હિર્સ્ટ વોલ્ટેજ નિયંત્રણની જરૂરિયાત પાછળના ત્રણ કારણો સૂચવે છેઃ પાવર નેટવર્ક સાધનો સાંકડી વોલ્ટેજ શ્રેણી માટે રચાયેલ છે, તેવી જ રીતે ગ્રાહક બાજુએ વીજ વપરાશ કરતા ઉપકરણો પણ છે. આ શ્રેણીની બહારની કામગીરી સાધનોને નિષ્ફળ બનાવશે; પ્રતિક્રિયાશીલ શક્તિ જનરેટર અને ટ્રાન્સમિશન લાઇનોમાં ગરમીનું કારણ બને છે, થર્મલ મર્યાદાને ઉત્પાદન અને વાસ્તવિક (સક્રિય) શક્તિના પ્રવાહને મર્યાદિત કરવાની જરૂર પડશે; ટ્રાન્સમિશન લાઇનોમાં પ્રતિક્રિયાશીલ શક્તિના ઇન્જેક્શનથી નુકસાન થાય છે જે પાવરનો બગાડ કરે છે, જેના કારણે પ્રાઇમ મૂવર દ્વારા પૂરી પાડવામાં આવતી શક્તિમાં વધારો થાય છે. ગ્રીડમાં વિશિષ્ટ વોલ્ટેજ નિયંત્રણ ઉપકરણોનો ઉપયોગ પણ સિંક્રનસ જનરેટરના રોટર એંગલના વધઘટને ઘટાડીને પાવર સિસ્ટમની સ્થિરતામાં સુધારો કરે છે (જે જનરેટર પ્રતિક્રિયાશીલ પાવરને સોર્સિંગ અથવા ડૂબવાને કારણે થાય છે). પાવર બસો અને સિસ્ટમો કે જે પ્રતિક્રિયાશીલ પાવરની સ્થિતિઓ બદલાય ત્યારે વોલ્ટેજમાં મોટા ફેરફારો દર્શાવે છે તેને નબળી સિસ્ટમો કહેવામાં આવે છે, જ્યારે જે પ્રમાણમાં નાના ફેરફારો ધરાવે છે તે મજબૂત હોય છે (આંકડાકીય રીતે, તાકાતને શોર્ટ સર્કિટ રેશિયો તરીકે વ્યક્ત કરવામાં આવે છે જે મજબૂત સિસ્ટમો માટે વધારે હોય છે). પ્રતિક્રિયાશીલ શક્તિ ઉપકરણોનું શોષણ અને ઉત્પાદન પ્રતિક્રિયાશીલ ઊર્જાને શોષી લે છે જો તેમની પાસે વિલંબિત શક્તિ પરિબળ હોય (પ્રેરક જેવા હોય) અને પ્રતિક્રિયાશીલ ઊર્જા ઉત્પન્ન કરે જો તેમની પાસે અગ્રણી શક્તિ પરિબળ હોય (કેપેસિટર જેવા હોય). ઇલેક્ટ્રિક ગ્રીડ સાધનોના એકમો સામાન્ય રીતે પ્રતિક્રિયાશીલ શક્તિનો પુરવઠો પૂરો પાડે છે અથવા તેનો વપરાશ કરે છેઃ સિંક્રોનસ જનરેટર જો વધુ પડતી ઉત્તેજિત થાય તો પ્રતિક્રિયાશીલ શક્તિ પ્રદાન કરશે અને જો ઉત્તેજિત ન થાય તો તેને શોષી લેશે, જે જનરેટર ક્ષમતા વળાંકની મર્યાદાને આધિન છે. ટ્રાન્સફોર્મર્સ હંમેશા પ્રતિક્રિયાશીલ શક્તિને શોષી લેશે. પાવર લાઈનો કાં તો પ્રતિક્રિયાશીલ શક્તિને શોષી લેશે અથવા પૂરી પાડશેઃ ઓવરહેડ પાવર લાઈનો ઓછા ભાર પર પ્રતિક્રિયાશીલ શક્તિ પૂરી પાડશે, પરંતુ જેમ જેમ ભાર વધે છે તેમ લાઇનના સર્જ ઇમ્પિડન્સથી આગળ વધે છે, લાઇનો પ્રતિક્રિયાશીલ શક્તિની વધતી માત્રાનો વપરાશ કરવાનું શરૂ કરે છે. ભૂગર્ભ પાવર લાઈનો કેપેસિટીવ હોય છે, તેથી તેઓ સર્જ ઇમ્પિડન્સની નીચે લોડ થાય છે અને પ્રતિક્રિયાશીલ શક્તિ પ્રદાન કરે છે. વિદ્યુત ભાર સામાન્ય રીતે પ્રતિક્રિયાશીલ શક્તિને શોષી લે છે, જેમાં 0.65 (વિદ્યુત મોટર સાથેના ઘરગથ્થુ ઉપકરણો, જેમ કે વોશિંગ મશીન) થી 1 (શુદ્ધ પ્રતિરોધક ભાર જેમ કે અગ્નિથી પ્રકાશિત દીવા) સુધીના લાક્ષણિક ઉપકરણો માટે શક્તિ પરિબળ હોય છે. લાક્ષણિક વિદ્યુત ગ્રીડમાં, વોલ્ટેજ નિયંત્રણની મૂળભૂત બાબતો સિંક્રનસ જનરેટર દ્વારા પૂરી પાડવામાં આવે છે. આ જનરેટર ઓટોમેટિક વોલ્ટેજ રેગ્યુલેટર્સથી સજ્જ છે જે જનરેટરના ટર્મિનલ્સ પર વોલ્ટેજને લક્ષ્ય શ્રેણીની અંદર રાખીને ઉત્તેજના ક્ષેત્રને વ્યવસ્થિત કરે છે. વધારાના પ્રતિક્રિયાશીલ પાવર કોમ્પેન્સેશન (જેને વોલ્ટેજ કોમ્પેન્સેશન તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે) નું કાર્ય વળતર આપતા ઉપકરણોને સોંપવામાં આવે છેઃ પ્રતિક્રિયાશીલ પાવરના નિષ્ક્રિય (કાયમી રીતે જોડાયેલા અથવા સ્વિચ કરેલા) સિંક (દા. ત., શન્ટ રિએક્ટર કે જે બાંધકામમાં ટ્રાન્સફોર્મર્સ જેવા જ હોય છે, જેમાં સિંગલ વાઇન્ડિંગ અને આયર્ન કોર હોય છે). શન્ટ રિએક્ટર સામાન્ય રીતે લાંબી ટ્રાન્સમિશન લાઇનના અંત સાથે અથવા નબળી સિસ્ટમ સાથે જોડાયેલ હોય છે જેથી પ્રકાશના ભાર હેઠળ ઓવરવોલ્ટેજને અટકાવી શકાય (ફેરાન્ટી અસર); પ્રતિક્રિયાશીલ શક્તિના નિષ્ક્રિય સ્ત્રોતો (દા. ત., શન્ટ અથવા શ્રેણી કેપેસિટર્સ). શંટ કેપેસિટર્સનો ઉપયોગ 1910ના દાયકાથી પાવર સિસ્ટમ્સમાં થાય છે અને તે ઓછા ખર્ચ અને સાપેક્ષ સરળતા માટે લોકપ્રિય છે. શન્ટ કેપેસિટર દ્વારા પૂરી પાડવામાં આવતી પ્રતિક્રિયાશીલ શક્તિની માત્રા લાઇન વોલ્ટેજના વર્ગના પ્રમાણમાં હોય છે, તેથી કેપેસિટર નીચા-વોલ્ટેજ પરિસ્થિતિઓમાં (વારંવાર પ્રતિક્રિયાશીલ શક્તિના અભાવને કારણે) ઓછું યોગદાન આપે છે. આ એક ગંભીર ખામી છે, કારણ કે કેપેસિટર દ્વારા પ્રતિક્રિયાશીલ શક્તિનો પુરવઠો જ્યારે સૌથી વધુ જરૂરી હોય ત્યારે ઘટે છે; શ્રેણીબદ્ધ કેપેસિટરનો ઉપયોગ લોડ કરેલી ઓવરહેડ પાવર લાઇનના પ્રેરક પ્રતિક્રિયાને વળતર આપવા માટે થાય છે. પાવર વાહક સાથે શ્રેણીબદ્ધ રીતે જોડાયેલા આ ઉપકરણોનો ઉપયોગ સામાન્ય રીતે પ્રતિક્રિયાશીલ પાવર લોસને ઘટાડવા અને લાઇન દ્વારા પ્રસારિત કરી શકાય તેવી સક્રિય પાવરની માત્રામાં વધારો કરવા માટે થાય છે, જેમાં સ્વ-નિયમન સાથે પ્રતિક્રિયાશીલ પાવરનો પુરવઠો (પુરવઠો સદભાગ્યે વધુ ભાર સાથે વધે છે) ગૌણ વિચારણા છે; શ્રેણી કેપેસિટરમાં વોલ્ટેજ સામાન્ય રીતે ઓછો હોય છે (નેટવર્કની નિયમન શ્રેણીની અંદર, રેટેડ વોલ્ટેજના થોડા ટકા), તેથી તેનું નિર્માણ પ્રમાણમાં ઓછો ખર્ચ ધરાવે છે. જો કે, લોડ બાજુ પર ટૂંકા ગાળાના કિસ્સામાં, કેપેસિટર થોડા સમય માટે સંપૂર્ણ લાઇન વોલ્ટેજના સંપર્કમાં આવશે, આમ સુરક્ષા સર્કિટની જોગવાઈ કરવામાં આવે છે, જેમાં સામાન્ય રીતે સ્પાર્ક ગેપ્સ, ઝેડએનઓ વેરિસ્ટર્સ અને સ્વીચો સામેલ હોય છે; સક્રિય કોમ્પેન્સેટર (દા. ત., સિંક્રોનસ કન્ડેન્સર, સ્ટેટિક વેર કોમ્પેન્સેટર, સ્ટેટિક સિંક્રોનસ કોમ્પેન્સેટર કે જે પ્રતિક્રિયાશીલ શક્તિના સ્રોત અથવા સિંક હોઈ શકે છે; ટ્રાન્સફોર્મર્સનું નિયમન (દા. ત., ટેપ-ચેન્જિંગ ટ્રાન્સફોર્મર્સ). નિષ્ક્રિય વળતર ઉપકરણોને કાયમી ધોરણે જોડી શકાય છે, અથવા ટાઇમરનો ઉપયોગ કરીને અથવા સેન્સર ડેટાના આધારે જાતે જ સ્વિચ (કનેક્ટ અને ડિસ્કનેક્ટ) કરી શકાય છે. સક્રિય ઉપકરણો સ્વભાવથી સ્વ-સમાયોજિત હોય છે. અંડર-લોડ ટેપ-ચેન્જિંગ (યુ. એલ. ટી. સી.) સુવિધા સાથે ટેપ-ચેન્જિંગ ટ્રાન્સફોર્મર્સનો ઉપયોગ વોલ્ટેજને સીધા નિયંત્રિત કરવા માટે થઈ શકે છે. સિસ્ટમમાં તમામ ટેપ-ચેન્જિંગ ટ્રાન્સફોર્મર્સની કામગીરીને ટ્રાન્સફોર્મર્સ વચ્ચે અને શન્ટ કેપેસિટર્સના ઉપયોગ સાથે સુમેળ કરવાની જરૂર છે. પ્રતિક્રિયાશીલ શક્તિ સંતુલનની સ્થાનિક પ્રકૃતિને કારણે, પ્રમાણભૂત અભિગમ પ્રતિક્રિયાશીલ શક્તિને સ્થાનિક રીતે સંચાલિત કરવાનો છે (વિકેન્દ્રિત પદ્ધતિ). માઇક્રોગ્રીડનો ફેલાવો લવચીક કેન્દ્રિત અભિગમને વધુ આર્થિક બનાવી શકે છે. પ્રતિક્રિયાશીલ ઊર્જા ભંડાર સિસ્ટમ ખૂબ જ ઝડપથી (ગતિશીલ જરૂરિયાત) પ્રતિક્રિયાશીલ શક્તિની વધારાની માત્રા પૂરી પાડવા માટે સક્ષમ હોવી જોઈએ કારણ કે જનરેટર અથવા ટ્રાન્સમિશન લાઇનની એક જ નિષ્ફળતા (જેના માટે આયોજન કરવું પડે છે) બાકીની કેટલીક ટ્રાન્સમિશન લાઇનો પર તરત જ ભાર વધારવાની ક્ષમતા ધરાવે છે. ઓવરહેડ પાવર લાઈનોની પ્રકૃતિ એ છે કે જેમ જેમ ભાર વધે છે તેમ તેમ લાઈનો પ્રતિક્રિયાશીલ શક્તિનો વધુ પડતો વપરાશ કરવાનું શરૂ કરે છે જેને બદલવાની જરૂર છે. આમ મોટી ટ્રાન્સમિશન સિસ્ટમને પ્રતિક્રિયાશીલ શક્તિ ભંડારની જરૂર પડે છે, જેમ તેને વાસ્તવિક શક્તિ માટે ભંડારની જરૂર હોય છે. પ્રતિક્રિયાશીલ શક્તિ વાયર તેમજ વાસ્તવિક શક્તિ પર મુસાફરી કરતી નથી, તેથી તેના ઉત્પાદનને ભારની નજીક કેન્દ્રિત કરવા માટે પ્રોત્સાહન મળે છે. વિદ્યુત પાવર સિસ્ટમનું પુનર્ગઠન પાવર ગ્રીડના આ વિસ્તારને સંકલિત પાવર યુટિલિટીના હાથમાંથી બહાર કાઢે છે, તેથી સમસ્યાને ગ્રાહક પર ધકેલવાનું વલણ છે અને ભારને નજીકના-એકતા પાવર પરિબળ સાથે કામ કરવાની જરૂર છે. સક્રિય નેટવર્ક વ્યવસ્થાપન સંદર્ભો પણ જુઓ સ્ત્રોતો વિદ્યુત પાવર ટ્રાન્સમિશન