Voltage control and reactive power management
वोल्टेज नियंत्रण और प्रतिक्रियाशील बिजली प्रबंधन एक सहायक सेवा के दो पहलू हैं जो संचरण नेटवर्क की विश्वसनीयता को सक्षम बनाता है और इन नेटवर्क पर बिजली बाजार की सुविधा प्रदान करता है। इस गतिविधि के दोनों पहलू आपस में जुड़े हुए हैं (एक वैकल्पिक धारा (एसी) नेटवर्क में वोल्टेज परिवर्तन प्रतिक्रियाशील शक्ति के उत्पादन या अवशोषण के माध्यम से प्रभावित होता है), इसलिए इस लेख के भीतर वोल्टेज नियंत्रण शब्द का उपयोग मुख्य रूप से इस अनिवार्य रूप से एकल गतिविधि को नामित करने के लिए किया जाएगा, जैसा कि किर्बी एंड हिर्स्ट (1997) द्वारा सुझाव दिया गया है। वोल्टेज नियंत्रण में एक एसी चक्र के भीतर प्रतिक्रियाशील बिजली के इंजेक्शन शामिल नहीं हैं; ये एक अलग सहायक सेवा, तथाकथित सिस्टम स्थिरता सेवा का एक हिस्सा हैं। प्रतिक्रियाशील शक्ति का संचरण इसकी प्रकृति से सीमित है, इसलिए वोल्टेज नियंत्रण पूरे पावर ग्रिड में वितरित उपकरणों के टुकड़ों के माध्यम से प्रदान किया जाता है, आवृत्ति नियंत्रण के विपरीत जो प्रणाली में समग्र सक्रिय शक्ति संतुलन बनाए रखने पर आधारित है। वोल्टेज नियंत्रण की आवश्यकता किर्बी और हिर्स्ट वोल्टेज नियंत्रण की आवश्यकता के पीछे तीन कारणों का संकेत देते हैंः बिजली नेटवर्क उपकरण को एक संकीर्ण वोल्टेज सीमा के लिए डिज़ाइन किया गया है, इसलिए ग्राहक पक्ष पर बिजली की खपत करने वाले उपकरण भी हैं। इस सीमा के बाहर संचालन से उपकरण विफल हो जाएगा; प्रतिक्रियाशील शक्ति जनरेटर और संचरण लाइनों में ताप का कारण बनती है, तापीय सीमाओं के लिए उत्पादन और वास्तविक (सक्रिय) शक्ति के प्रवाह को सीमित करने की आवश्यकता होगी; संचरण लाइनों में प्रतिक्रियाशील शक्ति के इंजेक्शन से बिजली बर्बाद हो जाती है, जिससे प्राइम मूवर द्वारा आपूर्ति की जाने वाली बिजली में वृद्धि होती है। ग्रिड में विशेष वोल्टेज नियंत्रण उपकरणों का उपयोग एक तुल्यकालिक जनरेटर के रोटर कोण के उतार-चढ़ाव को कम करके बिजली प्रणाली की स्थिरता में भी सुधार करता है (जो जनरेटर द्वारा प्रतिक्रियाशील शक्ति प्राप्त करने या डूबने के कारण होते हैं)। पावर बसें और प्रणालियाँ जो प्रतिक्रियाशील बिजली की स्थिति में परिवर्तन होने पर वोल्टेज में बड़े परिवर्तन प्रदर्शित करती हैं, उन्हें कमजोर प्रणालियाँ कहा जाता है, जबकि जिनमें अपेक्षाकृत छोटे परिवर्तन होते हैं वे मजबूत होते हैं (संख्यात्मक रूप से, ताकत को शॉर्ट सर्किट अनुपात के रूप में व्यक्त किया जाता है जो मजबूत प्रणालियों के लिए अधिक होता है)। प्रतिक्रियाशील ऊर्जा उपकरणों का अवशोषण और उत्पादन प्रतिक्रियाशील ऊर्जा को अवशोषित करता है यदि उनके पास विलंबित शक्ति कारक (प्रेरक जैसे) हैं और प्रतिक्रियाशील ऊर्जा का उत्पादन करते हैं यदि उनके पास एक प्रमुख शक्ति कारक (संधारित्र जैसे) है। विद्युत ग्रिड उपकरण इकाइयाँ आम तौर पर प्रतिक्रियाशील शक्ति की आपूर्ति या उपभोग करती हैंः समकालिक जनित्र अत्यधिक उत्तेजित होने पर प्रतिक्रियाशील शक्ति प्रदान करेगा और जनित्र क्षमता वक्र की सीमाओं के अधीन, यदि उत्तेजित नहीं किया जाता है तो इसे अवशोषित कर लेगा। ट्रांसफॉर्मर हमेशा प्रतिक्रियाशील शक्ति को अवशोषित करेंगे। बिजली की लाइनें या तो प्रतिक्रियाशील शक्ति को अवशोषित करेंगी या प्रदान करेंगीः ऊपरी बिजली की लाइनें कम भार पर प्रतिक्रियाशील शक्ति प्रदान करेंगी, लेकिन जैसे-जैसे भार लाइन की वृद्धि प्रतिबाधा से आगे बढ़ेगा, लाइनें प्रतिक्रियाशील शक्ति की बढ़ती मात्रा का उपभोग करना शुरू कर देंगी। भूमिगत बिजली की लाइनें कैपेसिटिव होती हैं, इसलिए वे सर्ज इम्पीडेन्स से नीचे लोड होती हैं और प्रतिक्रियाशील शक्ति प्रदान करती हैं। विद्युत भार आमतौर पर प्रतिक्रियाशील शक्ति को अवशोषित करते हैं, जिसमें 0.65 (विद्युत मोटर वाले घरेलू उपकरण, जैसे वाशिंग मशीन) से लेकर 1 (विशुद्ध रूप से प्रतिरोधी भार जैसे गरमागरम लैंप) तक के विशिष्ट उपकरणों के लिए शक्ति कारक होता है। एक विशिष्ट विद्युत ग्रिड में, वोल्टेज नियंत्रण की मूल बातें तुल्यकालिक जनित्रों द्वारा प्रदान की जाती हैं। ये जनरेटर स्वचालित वोल्टेज नियामकों से लैस होते हैं जो जनरेटर के टर्मिनलों पर वोल्टेज को लक्ष्य सीमा के भीतर रखते हुए उत्तेजना क्षेत्र को समायोजित करते हैं। अतिरिक्त प्रतिक्रियाशील बिजली क्षतिपूर्ति (जिसे वोल्टेज क्षतिपूर्ति के रूप में भी जाना जाता है) का कार्य क्षतिपूर्ति करने वाले उपकरणों को सौंपा जाता हैः प्रतिक्रियाशील शक्ति के निष्क्रिय (या तो स्थायी रूप से जुड़े या स्विच किए गए) सिंक (जैसे, शंट रिएक्टर जो निर्माण में ट्रांसफॉर्मर के समान होते हैं, एक घुमावदार और लोहे के कोर के साथ)। एक शंट रिएक्टर आमतौर पर एक लंबी संचरण रेखा के अंत या एक कमजोर प्रणाली से जुड़ा होता है ताकि प्रकाश भार (फेरंटी प्रभाव) के तहत अधिक वोल्टेज को रोका जा सके; प्रतिक्रियाशील शक्ति के निष्क्रिय स्रोत (जैसे, शंट या श्रृंखला संधारित्र)। शंट कैपेसिटर का उपयोग 1910 के दशक से बिजली प्रणालियों में किया जाता है और कम लागत और तैनाती की सापेक्ष आसानी के कारण लोकप्रिय हैं। एक शंट संधारित्र द्वारा आपूर्ति की जाने वाली प्रतिक्रियाशील शक्ति की मात्रा रेखा वोल्टेज के वर्ग के समानुपाती होती है, इसलिए संधारित्र कम-वोल्टेज स्थितियों (अक्सर प्रतिक्रियाशील शक्ति की कमी के कारण) में कम योगदान देता है। यह एक गंभीर कमी है, क्योंकि एक संधारित्र द्वारा प्रतिक्रियाशील शक्ति की आपूर्ति तब कम हो जाती है जब इसकी सबसे अधिक आवश्यकता होती है; श्रृंखला संधारित्रों का उपयोग भरी हुई ऊपरी बिजली लाइनों के प्रेरक प्रतिक्रिया की भरपाई के लिए किया जाता है। पावर कंडक्टरों से श्रृंखला में जुड़े इन उपकरणों का उपयोग आमतौर पर प्रतिक्रियाशील बिजली के नुकसान को कम करने और सक्रिय शक्ति की मात्रा को बढ़ाने के लिए किया जाता है जिसे लाइन के माध्यम से प्रेषित किया जा सकता है, जिसमें स्व-विनियमन के साथ प्रतिक्रियाशील शक्ति की आपूर्ति (आपूर्ति संयोग से उच्च भार के साथ बढ़ती है) द्वितीयक विचार है; एक श्रृंखला संधारित्र में वोल्टेज आमतौर पर कम होता है (नेटवर्क की विनियमन सीमा के भीतर, रेटेड वोल्टेज का कुछ प्रतिशत), इसलिए इसका निर्माण अपेक्षाकृत कम लागत वाला होता है। हालांकि, भार पक्ष पर एक छोटे के मामले में, संधारित्र को कुछ समय के लिए पूर्ण रेखा वोल्टेज के संपर्क में लाया जाएगा, इस प्रकार सुरक्षा परिपथों का प्रावधान किया जाता है, जिसमें आमतौर पर स्पार्क अंतराल, ZnO वैरीस्टर और स्विच शामिल होते हैं; सक्रिय क्षतिपूर्ति करने वाले (जैसे, समकालिक संघनक, स्थिर वैरी क्षतिपूर्ति करने वाले, स्थिर समकालिक क्षतिपूर्ति करने वाले जो प्रतिक्रियाशील शक्ति के स्रोत या सिंक हो सकते हैं; ट्रांसफॉर्मर को विनियमित करना (जैसे, टैप-चेंजिंग ट्रांसफॉर्मर)। निष्क्रिय क्षतिपूर्ति उपकरणों को स्थायी रूप से जोड़ा जा सकता है, या टाइमर का उपयोग करके या संवेदक डेटा के आधार पर स्वचालित रूप से स्विच (जुड़ा और डिस्कनेक्ट) किया जा सकता है। सक्रिय उपकरण स्वभाव से स्व-समायोजन करते हैं। वोल्टेज को सीधे नियंत्रित करने के लिए अंडर-लोड टैप-चेंजिंग (यू. एल. टी. सी.) सुविधा वाले टैप-चेंजिंग ट्रांसफॉर्मर का उपयोग किया जा सकता है। प्रणाली में सभी नल बदलने वाले ट्रांसफॉर्मरों के संचालन को ट्रांसफॉर्मरों के बीच और शंट कैपेसिटर के अनुप्रयोग के साथ समन्वित करने की आवश्यकता होती है। प्रतिक्रियाशील शक्ति संतुलन की स्थानीयकृत प्रकृति के कारण, मानक दृष्टिकोण प्रतिक्रियाशील शक्ति को स्थानीय रूप से प्रबंधित करना है (विकेंद्रीकृत विधि)। माइक्रोग्रिड्स का प्रसार लचीले केंद्रीकृत दृष्टिकोण को अधिक किफायती बना सकता है। प्रतिक्रियाशील ऊर्जा भंडार प्रणाली को बहुत जल्दी (गतिशील आवश्यकता) अतिरिक्त मात्रा में प्रतिक्रियाशील शक्ति प्रदान करने में सक्षम होना चाहिए क्योंकि एक जनरेटर या संचरण लाइन (जिसके लिए योजना बनाई जानी है) की एकल विफलता में कुछ शेष संचरण लाइनों पर तुरंत भार बढ़ाने की क्षमता होती है। ऊपरी बिजली लाइनों की प्रकृति यह है कि जैसे-जैसे भार बढ़ता है, लाइनों में प्रतिक्रियाशील शक्ति की बढ़ती मात्रा की खपत शुरू हो जाती है जिसे बदलने की आवश्यकता होती है। इस प्रकार एक बड़ी संचरण प्रणाली को प्रतिक्रियाशील शक्ति भंडार की आवश्यकता होती है जैसे उसे वास्तविक शक्ति के लिए भंडार की आवश्यकता होती है। चूँकि प्रतिक्रियाशील शक्ति तारों के साथ-साथ वास्तविक शक्ति के ऊपर से नहीं गुजरती है, इसलिए इसके उत्पादन को भार के करीब केंद्रित करने के लिए एक प्रोत्साहन है। विद्युत ऊर्जा प्रणालियों का पुनर्गठन बिजली ग्रिड के इस क्षेत्र को एकीकृत बिजली उपयोगिता के हाथों से निकाल देता है, इसलिए समस्या को ग्राहक पर धकेलने की प्रवृत्ति है और भार को निकट-एकता बिजली कारक के साथ संचालित करने की आवश्यकता होती है। सक्रिय नेटवर्क प्रबंधन संदर्भ स्रोत विद्युत शक्ति संचरण भी देखें।