Power system operations and control
बिजली प्रणाली संचालन एक शब्द है जिसका उपयोग बिजली उत्पादन में एक दिन (दिन-आगे संचालन) से लेकर बिजली वितरण से कुछ मिनट पहले तक समय-सीमा पर निर्णय लेने की प्रक्रिया का वर्णन करने के लिए किया जाता है। विद्युत प्रणाली नियंत्रण शब्द, स्वीकार्य गुणवत्ता की विश्वसनीय विद्युत आपूर्ति प्रदान करने के लिए अनियोजित गड़बड़ी (जैसे, मांग या उपकरण विफलताओं में परिवर्तन) के जवाब में की गई कार्रवाइयों का वर्णन करता है। संबंधित इंजीनियरिंग शाखा को पावर सिस्टम ऑपरेशंस एंड कंट्रोल कहा जाता है। बिजली का भंडारण करना कठिन है, इसलिए किसी भी समय आपूर्ति (उत्पादन) को मांग ("ग्रिड संतुलन") के साथ संतुलित किया जाना चाहिए। एक विद्युत ग्रिड में वास्तविक समय संतुलन का कार्य एक क्षेत्रीय-आधारित नियंत्रण केंद्र द्वारा किया जाता है, जो पारंपरिक (ऊर्ध्वाधर रूप से एकीकृत) बिजली बाजार में एक विद्युत उपयोगिता द्वारा चलाया जाता है। पुनर्गठित उत्तरी अमेरिकी बिजली पारेषण ग्रिड में, ये केंद्र 2016 में 74 संख्या वाले संतुलन अधिकारियों से संबंधित हैं, संचालन के लिए जिम्मेदार संस्थाओं को स्वतंत्र प्रणाली संचालक, पारेषण प्रणाली संचालक भी कहा जाता है। कई बिजली संयंत्रों के संसाधनों को संतुलित करने का दूसरा रूप एक पावर पूल है। संतुलनकारी अधिकारियों की देखरेख विश्वसनीयता समन्वयकों द्वारा की जाती है। डे-फॉरवर्ड ऑपरेशन डे-फॉरवर्ड ऑपरेशन उन उत्पादन इकाइयों को निर्धारित करता है जिन्हें अगले दिन बिजली प्रदान करने के लिए बुलाया जा सकता है (यूनिट प्रतिबद्धता)। प्रेषण योग्य उत्पादन इकाइयाँ माँग पर बिजली का उत्पादन कर सकती हैं और इस प्रकार सटीकता के साथ निर्धारित की जा सकती हैं। अगले दिन के लिए मौसम-निर्भर परिवर्तनीय अक्षय ऊर्जा का उत्पादन निश्चित नहीं है, इसलिए इसके स्रोत गैर-प्रेषण योग्य हैं। भविष्य की अनिश्चित बिजली की मांग और संभावित उत्पादन और संचरण विफलताओं को समायोजित करने की आवश्यकता के साथ इस परिवर्तनशीलता के लिए परिचालन भंडार के समय निर्धारण की आवश्यकता होती है जिससे बिजली का उत्पादन होने की उम्मीद नहीं है, लेकिन इसे बहुत कम समय में भेजा जा सकता है। कुछ इकाइयों की अनूठी विशेषताएं हैं जिनके लिए उनकी प्रतिबद्धता की आवश्यकता बहुत पहले होती हैः उदाहरण के लिए, परमाणु ऊर्जा स्टेशनों को शुरू करने में बहुत लंबा समय लगता है, जबकि पनबिजली संयंत्रों को जल संसाधनों के उपयोग की योजना की आवश्यकता होती है, इसलिए इनके लिए प्रतिबद्धता निर्णय डिलीवरी से हफ्तों या महीनों पहले भी किए जाते हैं। एक "पारंपरिक" ऊर्ध्वाधर रूप से एकीकृत विद्युत उपयोगिता के लिए इकाई प्रतिबद्धता का मुख्य लक्ष्य इकाई बिजली के उत्पादन की सीमांत लागत और (जीवाश्म ईंधन उत्पादन के लिए काफी महत्वपूर्ण) स्टार्ट-अप लागत दोनों को कम करना है। एक "पुनर्गठित" बिजली बाजार में एक बाजार समाशोधन एल्गोरिदम का उपयोग किया जाता है, अक्सर नीलामी के रूप में; योग्यता क्रम को कभी-कभी न केवल मौद्रिक लागतों द्वारा, बल्कि पर्यावरणीय चिंताओं द्वारा भी परिभाषित किया जाता है। इकाई प्रतिबद्धता कम समय-सीमा संचालन की तुलना में अधिक जटिल है, क्योंकि इकाई की उपलब्धता कई बाधाओं के अधीन हैः मांग-आपूर्ति संतुलन बनाए रखने की आवश्यकता है, जिसमें आकस्मिकता के लिए पर्याप्त कताई भंडार भी शामिल है। संतुलन संचरण बाधाओं को प्रतिबिंबित करने की आवश्यकता है; थर्मल इकाइयों में न्यूनतम अपटाइम (एक बार चालू होने के बाद, जल्दी से बंद नहीं किया जा सकता है) और डाउनटाइम (एक बार बंद होने के बाद, जल्दी से फिर से शुरू नहीं किया जा सकता है) की सीमा हो सकती है; तकनीकी बाधाओं के कारण "मस्ट-रन" इकाइयों को चलाना पड़ता है (उदाहरण के लिए, संयुक्त गर्मी और बिजली संयंत्रों को उनकी गर्मी की आवश्यकता होने पर चलाना चाहिए); संयंत्र में आमतौर पर एक ही चालक दल होता है जिसे थर्मल इकाई शुरू होने के दौरान मौजूद रहने की आवश्यकता होती है, इसलिए एक बार में केवल एक इकाई शुरू की जा सकती है। घंटे-आगे का संचालन डिलीवरी से पहले के घंटों में, एक सिस्टम ऑपरेटर को अतिरिक्त पूरक भंडार तैनात करने या यहां तक कि अधिक उत्पादन इकाइयों को प्रतिबद्ध करने की आवश्यकता हो सकती है, मुख्य रूप से आपूर्ति की विश्वसनीयता सुनिश्चित करने के लिए जबकि अभी भी लागत को कम करने की कोशिश कर रहा है। साथ ही, प्रचालक को यह सुनिश्चित करना चाहिए कि वोल्टेज को गिरने से रोकने के लिए पर्याप्त प्रतिक्रियाशील बिजली भंडार उपलब्ध हैं। प्रेषण वक्र निर्णय ("आर्थिक प्रेषण") प्रेषण वक्र पर आधारित होते हैं, जहां एक्स-अक्ष प्रणाली शक्ति का गठन करता है, उत्पादन इकाइयों के लिए अंतराल को योग्यता क्रम में इस अक्ष पर इकाई की अधिकतम शक्ति के अनुरूप अंतराल लंबाई के साथ रखा जाता है, वाई-अक्ष मान सीमांत लागत (बिजली के प्रति-एमडब्ल्यूएच, स्टार्टअप लागत की अनदेखी करते हुए) का प्रतिनिधित्व करते हैं। लागत-आधारित निर्णयों के लिए, योग्यता क्रम में इकाइयों को बढ़ती सीमांत लागत के आधार पर क्रमबद्ध किया जाता है। दाहिनी ओर का ग्राफ एक अत्यंत सरल प्रणाली का वर्णन करता है, जिसमें तीन प्रतिबद्ध जनरेटर इकाइयाँ (पूरी तरह से प्रेषण योग्य, स्थिर प्रति-एम. डब्ल्यू. एच. लागत के साथ) हैंः इकाई ए $30 प्रति एम. डब्ल्यू. एच. की लागत से 120 एम. डब्ल्यू. तक का उत्पादन कर सकती है (0 से 120 एम. डब्ल्यू. सिस्टम बिजली); इकाई बी $60/एम. डब्ल्यू. एच. पर 80 एम. डब्ल्यू. तक का उत्पादन कर सकती है (120 से 200 एम. डब्ल्यू. सिस्टम बिजली); इकाई सी $120/एम. डब्ल्यू. एच. पर 50 एम. डब्ल्यू. तक का उत्पादन करने में सक्षम है (200 से 250 एम. डब्ल्यू. सिस्टम बिजली)। अपेक्षित मांग 150 मेगावाट (ग्राफ पर एक ऊर्ध्वाधर रेखा) पर, इकाई ए पूरी 120 मेगावाट बिजली पर काम करेगी, इकाई बी 30 मेगावाट के प्रेषण स्तर पर चलेगा, इकाई सी को आरक्षित रखा जाएगा। इस रेखा के बाईं ओर प्रेषण वक्र के नीचे का क्षेत्र संचालन के प्रति घंटे की लागत का प्रतिनिधित्व करता है (स्टार्टअप लागत को नजरअंदाज करते हुए, $30 * 120 + $60 * 30 = $5,400 प्रति घंटे), बिजली की अगली एमडब्ल्यूएच की वृद्धिशील लागत (उदाहरण में $60, ग्राफ पर एक क्षैतिज रेखा द्वारा दर्शाया गया है) को सिस्टम लैम्ब्डा कहा जाता है (इस प्रकार वक्र के लिए एक और नाम, सिस्टम लैम्ब्डा वक्र)। वास्तविक प्रणालियों में प्रति एम. डब्ल्यू. एच. की लागत आमतौर पर स्थिर नहीं होती है, और इसलिए प्रेषण वक्र की रेखाएं क्षैतिज नहीं होती हैं (आमतौर पर प्रेषण स्तर के साथ बिजली की सीमांत लागत बढ़ जाती है, हालांकि संयुक्त चक्र बिजली संयंत्रों के लिए संचालन के तरीके के आधार पर कई लागत वक्र होते हैं, इसलिए बिजली-लागत संबंध आवश्यक रूप से एकरस नहीं होता है)। यदि उदाहरण में मांग का न्यूनतम स्तर 120 मेगावाट से ऊपर रहेगा, तो इकाई ए लगातार पूर्ण शक्ति पर चलेगा, बेसलोड शक्ति प्रदान करेगा, इकाई बी परिवर्तनीय शक्ति पर काम करेगा, और इकाई सी को चालू और बंद करने की आवश्यकता होगी, जो "मध्यवर्ती" या "साइकिल चलाने" की क्षमता प्रदान करेगा। यदि मांग केवल कभी-कभी 200 मेगावाट से ऊपर जाती है, तो इकाई सी ज्यादातर समय निष्क्रिय रहेगी और इसे एक पीकिंग पावर प्लांट (एक "पीकर") माना जाएगा। चूँकि एक पीकर प्रति वर्ष केवल दसियों घंटों के लिए चल सकता है, इसलिए पीकर-उत्पादित बिजली की लागत बहुत अधिक हो सकती है ताकि पूंजी निवेश और निश्चित लागत की वसूली की जा सके (एक काल्पनिक पूर्ण-स्तरीय प्रेषण वक्र का दाहिना पक्ष देखें)। पुनः प्रेषण कभी-कभी ग्रिड की बाधाएं अप्रत्याशित रूप से बदल जाती हैं और पहले से निर्धारित इकाई प्रतिबद्धताओं को बदलने की आवश्यकता उत्पन्न होती है। यह प्रणाली पुनः प्रेषण परिवर्तन वास्तविक समय में केंद्रीय प्रचालक द्वारा नियंत्रित किया जाता है जो बाजार प्रतिभागियों को निर्देश जारी करता है जो बिजली के स्तर में वृद्धि/कमी के लिए अग्रिम बोलियां जमा करते हैं। पुनः प्रेषण की केंद्रीकृत प्रकृति के कारण, अनुबंधों की शर्तों पर बातचीत करने में कोई देरी नहीं होती है; की गई लागत या तो पूर्व स्थापित शुल्कों के आधार पर या समान शेयरों में व्यवधान के लिए जिम्मेदार प्रतिभागियों को आवंटित की जाती है। मिनट-आगे का संचालन डिलीवरी से पहले के मिनटों में, एक सिस्टम ऑपरेटर इष्टतम बिजली प्रवाह का पता लगाने के लिए बिजली-प्रवाह अध्ययन एल्गोरिदम का उपयोग कर रहा है। इस स्तर पर लक्ष्य आपूर्ति की विश्वसनीयता ("सुरक्षा") है। व्यावहारिक विद्युत नेटवर्क हाथ से गणना करने के लिए बहुत जटिल हैं, इसलिए 1920 के दशक से गणना स्वचालित थी, पहले विशेष रूप से निर्मित एनालॉग कंप्यूटर के रूप में, जिसे नेटवर्क विश्लेषक कहा जाता है, 1960 के दशक में डिजिटल कंप्यूटर द्वारा प्रतिस्थापित किया गया था। व्यवधान के बाद नियंत्रण कुल मांग और कुल भार के बीच छोटे असंतुलन विशिष्ट हैं और शुरू में घूर्णन मशीनरी (ज्यादातर समकालिक जनरेटर) की गतिज ऊर्जा द्वारा ध्यान रखा जाता हैः जब बहुत अधिक आपूर्ति होती है, तो उपकरण अतिरिक्त को अवशोषित करते हैं, और आवृत्ति निर्धारित दर से ऊपर जाती है, इसके विपरीत, बहुत अधिक मांग जनरेटर को धीमी गति से अतिरिक्त बिजली देने का कारण बनती है, आवृत्ति थोड़ी कम होती है, ऑपरेटर से हस्तक्षेप की आवश्यकता नहीं होती है। इस "तत्काल नियंत्रण" की स्पष्ट सीमाएँ हैं, इसलिए एक नियंत्रण निरंतरता को एक विशिष्ट पावर ग्रिड में बनाया जाता है, जो प्रतिक्रिया अंतराल को सेकंड ("प्राथमिक नियंत्रण") से घंटों ("समय नियंत्रण") तक फैलाता है। सेकंड्स-आफ्टर कंट्रोल आवृत्ति गड़बड़ी के बाद सेकंडों के भीतर स्वचालित रूप से संलग्न हो जाता है। प्राथमिक नियंत्रण स्थिति को स्थिर करता है, लेकिन स्थितियों को सामान्य पर नहीं लौटाता है और इसे उत्पादन पक्ष (जहां गवर्नर प्राइम मूवर की शक्ति को समायोजित करता है) और भार दोनों पर लागू किया जाता है, जहांः प्रेरण मोटर स्वयं-समायोजित (कम आवृत्ति ऊर्जा उपयोग को कम करती है); कम आवृत्ति वाले रिले बाधित भार को डिस्कनेक्ट करते हैं; सहायक सेवाएं लगी होती हैं (विश्वसनीयता सेवा अनुबंधों के माध्यम से प्राप्त भार को कम किया जाता है)। प्राथमिक नियंत्रण के लिए आमतौर पर उपयोग किया जाने वाला एक अन्य शब्द आवृत्ति प्रतिक्रिया (या "बीटा") है। आवृत्ति प्रतिक्रिया में जनरेटर की जड़त्वीय प्रतिक्रिया भी शामिल है। यह वह पैरामीटर है जो स्वचालित उत्पादन नियंत्रण के लिए उपयोग की जाने वाली क्षेत्र नियंत्रण त्रुटि (एसीई) गणना के आवृत्ति पूर्वाग्रह गुणांक द्वारा अनुमानित है। मिनट-आफ्टर कंट्रोल का उपयोग संतुलन प्राधिकरण नियंत्रण कंप्यूटर द्वारा किए गए समायोजन (इसे आमतौर पर लोड-आवृत्ति नियंत्रण या स्वचालित उत्पादन नियंत्रण के रूप में जाना जाता है) और संतुलन प्राधिकरण कर्मचारियों द्वारा की गई मैनुअल कार्रवाइयों के साथ, एक गड़बड़ी के बाद सिस्टम आवृत्ति को बहाल करने के लिए किया जाता है। द्वितीयक नियंत्रण कताई और गैर-कताई भंडार दोनों का उपयोग करता है, जिसमें गड़बड़ी के बाद मिनटों के भीतर संतुलित सेवाओं को तैनात किया जाता है (पनबिजली संयंत्र और भी तेज प्रतिक्रिया करने में सक्षम होते हैं)। तृतीयक नियंत्रण तृतीयक नियंत्रण में वर्तमान और भविष्य की आकस्मिकताओं को संभालने के लिए आरक्षित तैनाती और बहाली शामिल है। समय नियंत्रण का लक्ष्य एक विस्तृत क्षेत्र तुल्यकालिक ग्रिड के भीतर निर्दिष्ट मूल्य पर दीर्घकालिक आवृत्ति को बनाए रखना है। गड़बड़ी के कारण, औसत आवृत्ति प्रवाहित होती है, और एसी चक्रों में मापे गए आधिकारिक समय और समय के बीच एक समय त्रुटि जमा होती है। अमेरिका में, औसत 60 हर्ट्ज आवृत्ति को एक निर्दिष्ट इकाई, समय मॉनिटर द्वारा प्रत्येक इंटरकनेक्शन के भीतर बनाए रखा जाता है, जो समय-समय पर ग्रिड (निर्धारित आवृत्ति) के आवृत्ति लक्ष्य को पूर्वनिर्धारित सीमाओं के भीतर समग्र समय ऑफसेट लाने के लिए बदलता है। उदाहरण के लिए, ईस्टर्न इंटरकनेक्शन में कार्रवाई (अस्थायी रूप से आवृत्ति को 60.02 Hz या 59.98 Hz पर सेट करना) तब शुरू की जाती है जब समय ऑफसेट 10 सेकंड तक पहुंच जाता है और ऑफसेट 6 सेकंड तक पहुंचने के बाद बंद हो जाता है। समय नियंत्रण या तो कंप्यूटर (स्वचालित समय त्रुटि सुधार) द्वारा किया जाता है, या मॉनिटर द्वारा संतुलन अधिकारियों से अपनी सेटिंग्स को समायोजित करने का अनुरोध किया जाता है। संदर्भ स्रोत विद्युत ऊर्जा उत्पादन विद्युत अभियांत्रिकी विद्युत ऊर्जा अवसंरचना पावर स्टेशन प्रौद्योगिकी