Power system operations and control
پاور سسٹم آپریشنز ایک اصطلاح ہے جو بجلی کی پیداوار میں ایک دن (دن سے پہلے آپریشن) سے لے کر بجلی کی فراہمی سے چند منٹ پہلے تک ٹائم اسکیل پر فیصلہ سازی کے عمل کو بیان کرنے کے لیے استعمال ہوتی ہے۔ پاور سسٹم کنٹرول کی اصطلاح قابل قبول معیار کی قابل اعتماد بجلی کی فراہمی فراہم کرنے کے لیے غیر منصوبہ بند خلل (مثال کے طور پر، طلب میں تبدیلیاں یا آلات کی ناکامی) کے جواب میں کیے گئے اقدامات کو بیان کرتی ہے۔ متعلقہ انجینئرنگ شاخ کو پاور سسٹم آپریشنز اینڈ کنٹرول کہا جاتا ہے۔ بجلی کو ذخیرہ کرنا مشکل ہے، اس لیے کسی بھی وقت سپلائی (پیداوار) مانگ ("گرڈ بیلنسنگ") کے ساتھ متوازن ہوگی۔ برقی گرڈ میں حقیقی وقت میں توازن کا کام علاقائی بنیاد پر کنٹرول سینٹر کے ذریعے انجام دیا جاتا ہے، جو روایتی (عمودی طور پر مربوط) بجلی مارکیٹ میں برقی افادیت کے ذریعے چلایا جاتا ہے۔ دوبارہ تشکیل شدہ شمالی امریکہ کے پاور ٹرانسمیشن گرڈ میں، یہ مراکز 2016 میں 74 نمبر والے بیلنسنگ حکام سے تعلق رکھتے ہیں، آپریشنز کے ذمہ دار اداروں کو آزاد سسٹم آپریٹرز، ٹرانسمیشن سسٹم آپریٹرز بھی کہا جاتا ہے۔ متعدد پاور پلانٹس کے وسائل کو متوازن کرنے کی دوسری شکل پاور پول ہے۔ توازن قائم کرنے والے حکام کی نگرانی وشوسنییتا کوآرڈینیٹرز کرتے ہیں۔ ڈے فار ہیڈ آپریشن جنریشن یونٹس کا شیڈول بناتا ہے جنہیں اگلے دن بجلی فراہم کرنے کے لیے بلایا جا سکتا ہے (یونٹ عزم)۔ ڈسپیچ ایبل جنریشن یونٹ مانگ پر بجلی پیدا کر سکتے ہیں اور اس طرح درستگی کے ساتھ شیڈول کیا جا سکتا ہے۔ اگلے دن کے لیے موسم پر منحصر متغیر قابل تجدید توانائی کی پیداوار یقینی نہیں ہے، اس لیے اس کے ذرائع ناقابل ترسیل ہیں۔ یہ تغیر، مستقبل کی غیر یقینی بجلی کی طلب اور ممکنہ پیداوار اور ترسیل کی ناکامیوں کو ایڈجسٹ کرنے کی ضرورت کے ساتھ مل کر آپریٹنگ ذخائر کے شیڈولنگ کی ضرورت ہوتی ہے جس سے بجلی پیدا ہونے کی توقع نہیں کی جاتی ہے، لیکن اسے بہت کم نوٹس پر بھیجا جا سکتا ہے۔ کچھ اکائیوں میں انوکھی خصوصیات ہوتی ہیں جن کے لیے ان کے عزم کی ضرورت بہت پہلے ہوتی ہے: مثال کے طور پر، جوہری بجلی گھروں کو شروع ہونے میں بہت طویل وقت لگتا ہے، جبکہ پن بجلی گھروں کو آبی وسائل کے استعمال کی منصوبہ بندی کی ضرورت ہوتی ہے، اس لیے ان کے لیے عزم کے فیصلے ڈیلیوری سے ہفتوں یا مہینوں پہلے بھی کیے جاتے ہیں۔ "روایتی" عمودی طور پر مربوط برقی یوٹیلیٹی کے لیے یونٹ کے عزم کا بنیادی مقصد یونٹ بجلی پیدا کرنے کی معمولی لاگت اور (جیواشم ایندھن کی پیداوار کے لیے کافی اہم) اسٹارٹ اپ لاگت دونوں کو کم کرنا ہے۔ "دوبارہ تشکیل شدہ" بجلی کی منڈی میں مارکیٹ کلیئرنگ الگورتھم کا استعمال کیا جاتا ہے، اکثر نیلامی کی شکل میں ؛ میرٹ آرڈر کی تعریف بعض اوقات نہ صرف مالیاتی اخراجات سے ہوتی ہے، بلکہ ماحولیاتی خدشات سے بھی ہوتی ہے۔ یونٹ کی وابستگی کم وقت کے فریم آپریشنز کے مقابلے میں زیادہ پیچیدہ ہے، کیونکہ یونٹ کی دستیابی متعدد رکاوٹوں سے مشروط ہے: طلب اور فراہمی کے توازن کو برقرار رکھنے کی ضرورت ہے، جس میں ہنگامی صورت حال کے لیے کافی کتائی کے ذخائر بھی شامل ہیں۔ توازن کو ترسیل کی رکاوٹوں کی عکاسی کرنے کی ضرورت ہے ؛ تھرمل یونٹس میں کم از کم اپ ٹائم (ایک بار آن ہونے کے بعد، جلدی سے بند نہیں کیا جا سکتا) اور ڈاؤن ٹائم (ایک بار رکنے کے بعد، جلدی سے دوبارہ شروع نہیں کیا جا سکتا) کی حدود ہو سکتی ہیں ؛ تکنیکی رکاوٹوں کی وجہ سے "مسٹ رن" یونٹس کو چلانا پڑتا ہے (مثال کے طور پر، مشترکہ حرارت اور پاور پلانٹس کو چلانا ضروری ہے اگر ان کی گرمی کی ضرورت ہو) ؛ پلانٹ میں عام طور پر ایک ہی عملہ ہوتا ہے جسے تھرمل یونٹ اسٹارٹ اپ کے دوران موجود رہنے کی ضرورت ہوتی ہے، لہذا ایک وقت میں صرف ایک یونٹ شروع کیا جا سکتا ہے۔ گھنٹے آگے آپریشن ڈیلیوری سے پہلے کے گھنٹوں میں، سسٹم آپریٹر کو اضافی اضافی ذخائر تعینات کرنے یا یہاں تک کہ مزید جنریشن یونٹس لگانے کی ضرورت پڑ سکتی ہے، بنیادی طور پر سپلائی کی وشوسنییتا کو یقینی بنانے کے لیے جبکہ پھر بھی اخراجات کو کم کرنے کی کوشش کر رہا ہے۔ ایک ہی وقت میں، آپریٹر کو یہ یقینی بنانا چاہیے کہ وولٹیج کے گرنے سے بچنے کے لیے کافی رد عمل والے بجلی کے ذخائر دستیاب ہوں۔ ڈسپیچ وکر فیصلے ("اقتصادی ڈسپیچ") ڈسپیچ وکر پر مبنی ہوتے ہیں، جہاں ایکس-محور نظام کی طاقت کو تشکیل دیتا ہے، جنریشن یونٹس کے لیے وقفے اس محور پر میرٹ آرڈر میں وقفے کی لمبائی کے ساتھ یونٹ کی زیادہ سے زیادہ طاقت کے مطابق رکھے جاتے ہیں، Y-محور اقدار معمولی لاگت کی نمائندگی کرتی ہیں (بجلی کے فی میگاواٹ، اسٹارٹ اپ لاگت کو نظر انداز کرتے ہوئے)۔ لاگت پر مبنی فیصلوں کے لیے، میرٹ آرڈر میں یونٹس کو بڑھتی ہوئی معمولی لاگت کے مطابق ترتیب دیا جاتا ہے۔ دائیں طرف کا گراف ایک انتہائی آسان نظام کی وضاحت کرتا ہے، جس میں تین پرعزم جنریٹر یونٹ ہیں (مکمل طور پر بھیجنے کے قابل، مستقل فی میگاواٹ کی لاگت کے ساتھ): یونٹ اے 30 ڈالر فی میگاواٹ کی لاگت سے 120 میگاواٹ تک فراہم کر سکتا ہے (سسٹم پاور کے 0 سے 120 میگاواٹ تک) ؛ یونٹ بی 60 ڈالر فی میگاواٹ پر 80 میگاواٹ تک فراہم کر سکتا ہے (سسٹم پاور کے 120 سے 200 میگاواٹ تک) ؛ یونٹ سی 50 میگاواٹ تک 120 ڈالر فی میگاواٹ پر (سسٹم پاور کے 200 سے 250 میگاواٹ تک) کی صلاحیت رکھتا ہے۔ متوقع مانگ 150 میگاواٹ (گراف پر ایک عمودی لائن) پر، یونٹ اے مکمل 120 میگاواٹ بجلی پر لگے گا، یونٹ بی 30 میگاواٹ کی ترسیل کی سطح پر چلے گا، یونٹ سی کو ریزرو میں رکھا جائے گا۔ اس لائن کے بائیں طرف ڈسپیچ وکر کے نیچے کا علاقہ آپریشن کے فی گھنٹہ کی لاگت کی نمائندگی کرتا ہے (اسٹارٹ اپ کے اخراجات کو نظر انداز کرتے ہوئے، $30 * 120 + $60 * 30 = $5,400 فی گھنٹہ)، بجلی کی اگلی میگاواٹ کی بڑھتی ہوئی لاگت (مثال کے طور پر $60، گراف پر افقی لائن کی نمائندگی کرتا ہے) کو سسٹم لیمبڈا کہا جاتا ہے (اس طرح وکر کا دوسرا نام، سسٹم لیمبڈا وکر)۔ حقیقی نظاموں میں فی میگاواٹ کی لاگت عام طور پر مستقل نہیں ہوتی ہے، اور اس لیے ڈسپیچ وکر کی لائنیں افقی نہیں ہوتی ہیں (عام طور پر ڈسپیچ کی سطح کے ساتھ بجلی کی معمولی لاگت میں اضافہ ہوتا ہے، حالانکہ مشترکہ سائیکل پاور پلانٹس کے لیے لاگت کے متعدد منحنی خطوط ہوتے ہیں جو آپریشن کے طریقے پر منحصر ہوتے ہیں، لہذا بجلی کی لاگت کا تعلق لازمی طور پر یکسوئی نہیں ہوتا ہے)۔ اگر مثال میں مانگ کی کم از کم سطح 120 میگاواٹ سے اوپر رہے گی، تو یونٹ اے مسلسل مکمل طاقت پر چلے گا، بیس لوڈ پاور فراہم کرے گا، یونٹ بی متغیر طاقت پر کام کرے گا، اور یونٹ سی کو آن اور آف کرنے کی ضرورت ہوگی، جو "انٹرمیڈیٹ" یا "سائیکلنگ" کی صلاحیت فراہم کرے گی۔ اگر مانگ صرف کبھی کبھار 200 میگاواٹ سے اوپر جاتی ہے، تو یونٹ سی زیادہ تر وقت بیکار رہے گا اور اسے پیکنگ پاور پلانٹ (ایک "پیکر") سمجھا جائے گا۔ چونکہ ایک پیکر ہر سال صرف دسیوں گھنٹوں تک چل سکتا ہے، اس لیے سرمایہ کاری اور مقررہ اخراجات کی وصولی کے لیے پیکر سے پیدا ہونے والی بجلی کی لاگت بہت زیادہ ہو سکتی ہے (فرضی مکمل پیمانے پر ترسیل کے منحنی خطوط کا دایاں رخ دیکھیں)۔ ری ڈسپیچ بعض اوقات گرڈ کی رکاوٹیں غیر متوقع طور پر بدل جاتی ہیں اور پہلے سے مقرر کردہ یونٹ کے وعدوں کو تبدیل کرنے کی ضرورت پیدا ہوتی ہے۔ اس نظام کی دوبارہ ترسیل کی تبدیلی کو مرکزی آپریٹر کے ذریعے حقیقی وقت میں کنٹرول کیا جاتا ہے جو مارکیٹ کے شرکاء کو ہدایات جاری کرتا ہے جو بجلی کی سطح میں اضافے/کمی کے لیے پیشگی بولیاں جمع کراتے ہیں۔ ری ڈسپیچ کی مرکزی نوعیت کی وجہ سے، معاہدوں کی شرائط پر بات چیت کرنے میں کوئی تاخیر نہیں ہوتی ہے۔ ہونے والی لاگت یا تو پہلے سے طے شدہ محصولات کی بنیاد پر یا مساوی حصص میں خلل ڈالنے کے ذمہ دار شرکاء کو مختص کی جاتی ہے۔ منٹ-اگلا آپریشن ڈیلیوری سے پہلے کے منٹوں میں، ایک سسٹم آپریٹر زیادہ سے زیادہ پاور فلو تلاش کرنے کے لیے پاور فلو اسٹڈی الگورتھم کا استعمال کر رہا ہے۔ اس مرحلے پر مقصد سپلائی کی وشوسنییتا ("سیکورٹی") ہے۔ عملی برقی نیٹ ورک ہاتھ سے حساب کتاب انجام دینے کے لیے بہت پیچیدہ ہیں، اس لیے 1920 کی دہائی سے حساب خودکار تھے، شروع میں خاص طور پر بنائے گئے ینالاگ کمپیوٹرز کی شکل میں، جسے نیٹ ورک تجزیہ کار کہا جاتا ہے، 1960 کی دہائی میں ڈیجیٹل کمپیوٹرز نے اس کی جگہ لے لی۔ خلل کے بعد کنٹرول کل طلب اور کل بوجھ کے درمیان چھوٹے فرق عام ہیں اور ابتدائی طور پر گھومنے والی مشینری (زیادہ تر مطابقت پذیر جنریٹر) کی حرکی توانائی کے ذریعے ان کا خیال رکھا جاتا ہے: جب بہت زیادہ سپلائی ہوتی ہے تو آلات اضافی کو جذب کر لیتے ہیں، اور تعدد مقررہ شرح سے اوپر چلی جاتی ہے، اس کے برعکس، بہت زیادہ طلب جنریٹر کو سست کرکے اضافی بجلی فراہم کرنے کا سبب بنتی ہے، تعدد قدرے کم ہونے کے ساتھ، آپریٹر کی مداخلت کی ضرورت نہیں ہوتی ہے۔ اس "فوری کنٹرول" کی واضح حدود ہیں، لہذا ایک کنٹرول تسلسل ایک عام پاور گرڈ میں بنایا گیا ہے، جو رد عمل کے وقفوں کو سیکنڈ ("پرائمری کنٹرول") سے گھنٹوں ("ٹائم کنٹرول") تک پھیلاتا ہے۔ سیکنڈ-آفٹر کنٹرول تعدد میں خلل کے بعد سیکنڈوں کے اندر خود بخود مصروف ہو جاتا ہے۔ پرائمری کنٹرول صورتحال کو مستحکم کرتا ہے، لیکن حالات کو معمول پر واپس نہیں کرتا ہے اور اسے جنریشن سائیڈ (جہاں گورنر پرائم موور کی طاقت کو ایڈجسٹ کرتا ہے) اور لوڈ دونوں پر لاگو کیا جاتا ہے، جہاں: انڈکشن موٹرز سیلف ایڈجسٹ (کم فریکوئنسی توانائی کے استعمال کو کم کرتی ہے) ؛ کم فریکوئنسی ریلے رکاوٹ والے بوجھ کو منقطع کردیتے ہیں ؛ ذیلی خدمات مصروف ہیں (وشوسنییتا خدمات کے معاہدوں کے ذریعے حاصل کردہ بوجھ کو کم کیا جاتا ہے)۔ بنیادی کنٹرول کے لیے عام طور پر استعمال ہونے والی ایک اور اصطلاح فریکوئنسی رسپانس (یا "بیٹا") ہے۔ فریکوئنسی رسپانس میں جنریٹرز کا انٹریئل رسپانس بھی شامل ہے۔ یہ وہ پیرامیٹر ہے جس کا تخمینہ خودکار جنریشن کنٹرول کے لیے استعمال ہونے والے ایریا کنٹرول ایرر (ACE) حساب کے فریکوئنسی بائیس گتانک سے لگایا جاتا ہے۔ منٹ-آفٹر کنٹرول کا استعمال خلل کے بعد سسٹم کی فریکوئنسی کو بحال کرنے کے لیے کیا جاتا ہے، جس میں بیلنسنگ اتھارٹی کنٹرول کمپیوٹر (جسے عام طور پر لوڈ فریکوئنسی کنٹرول یا آٹومیٹک جنریشن کنٹرول کہا جاتا ہے) کی طرف سے کی گئی ایڈجسٹمنٹ اور بیلنسنگ اتھارٹی کے عملے کی طرف سے دستی اقدامات کیے جاتے ہیں۔ ثانوی کنٹرول کتائی اور غیر کتائی دونوں ذخائر کا استعمال کرتا ہے، توازن کی خدمات خلل کے بعد منٹوں کے اندر تعینات کی جاتی ہیں (پن بجلی گھر اس سے بھی تیز رد عمل کے قابل ہوتے ہیں)۔ ترتیری کنٹرول ترتیری کنٹرول میں موجودہ اور مستقبل کی ہنگامی صورتحال کو سنبھالنے کے لیے ریزرو کی تعیناتی اور بحالی شامل ہے۔ ٹائم کنٹرول کا مقصد وسیع ایریا سنکرونس گرڈ کے اندر مخصوص قیمت پر طویل مدتی فریکوئنسی کو برقرار رکھنا ہے۔ خلل کی وجہ سے، اوسط فریکوئنسی ڈرفٹ ہوتی ہے، اور سرکاری وقت اور اے سی سائیکلوں میں ماپا جانے والے وقت کے درمیان وقت کی غلطی جمع ہوتی ہے۔ امریکہ میں، اوسط 60 ہرٹز تعدد کو ایک نامزد ہستی، ٹائم مانیٹر کے ذریعے ہر باہمی ربط کے اندر برقرار رکھا جاتا ہے، جو وقتا فوقتا گرڈ کے تعدد ہدف (طے شدہ تعدد) کو تبدیل کرتا ہے تاکہ مجموعی طور پر وقت کو پہلے سے طے شدہ حدود میں لایا جا سکے۔ مثال کے طور پر، ایسٹرن انٹرکنکشن میں ایکشن (عارضی طور پر فریکوئنسی کو 60.02 Hz یا 59.98 Hz پر سیٹ کرنا) اس وقت شروع ہوتا ہے جب آفسیٹ کا وقت 10 سیکنڈ تک پہنچ جاتا ہے اور آفسیٹ کے 6 سیکنڈ تک پہنچنے کے بعد بند ہو جاتا ہے۔ ٹائم کنٹرول یا تو کمپیوٹر (آٹومیٹک ٹائم ایرر کریکشن) کے ذریعے انجام دیا جاتا ہے، یا مانیٹر کے ذریعے توازن قائم کرنے والے حکام سے اپنی ترتیبات کو ایڈجسٹ کرنے کی درخواست کی جاتی ہے۔ حوالہ جات الیکٹرک پاور جنریشن پاور انجینئرنگ الیکٹرک پاور انفراسٹرکچر پاور اسٹیشن ٹیکنالوجی