Power system simulation
الیکٹریکل پاور سسٹم تخروپن میں پاور سسٹم ماڈلنگ اور نیٹ ورک تخروپن شامل ہے تاکہ ڈیزائن/آف لائن یا ریئل ٹائم ڈیٹا کا استعمال کرتے ہوئے برقی طاقت کے نظام کا تجزیہ کیا جا سکے۔ پاور سسٹم تخروپن سافٹ ویئر کمپیوٹر تخروپن پروگراموں کی ایک کلاس ہے جو برقی طاقت کے نظام کے آپریشن پر مرکوز ہے۔ اس قسم کے کمپیوٹر پروگرام برقی طاقت کے نظام کے لیے منصوبہ بندی اور آپریشنل حالات کی ایک وسیع رینج میں استعمال ہوتے ہیں۔ پاور سسٹم کے تخروپن کی ایپلی کیشنز میں شامل ہیں: طویل مدتی نسل اور ترسیل کی توسیع کی منصوبہ بندی، قلیل مدتی آپریشنل تخروپن، اور مارکیٹ تجزیہ (جیسے. قیمت کی پیش گوئی)۔ یہ پروگرام عام طور پر ریاضیاتی اصلاح کی تکنیکوں جیسے لکیری پروگرامنگ، کواڈریٹک پروگرامنگ، اور مخلوط انٹیجر پروگرامنگ کا استعمال کرتے ہیں۔ پاور سسٹم کے متعدد عناصر کو ماڈل کیا جا سکتا ہے۔ بجلی کے بہاؤ کا مطالعہ ٹرانسمیشن لائنوں پر لوڈنگ اور جنریٹنگ اسٹیشنوں پر پیدا ہونے والی بجلی کا حساب لگاتا ہے، جس میں مطلوبہ بوجھ کو پیش کیا جاتا ہے۔ شارٹ سرکٹ اسٹڈی یا فالٹ تجزیہ شارٹ سرکٹ کرنٹ کا حساب لگاتا ہے جو زیر مطالعہ نظام میں دلچسپی کے مختلف مقامات پر بہتا ہے، مراحل کے درمیان یا توانائی سے بھرپور تاروں سے زمین تک شارٹ سرکٹ کے لیے۔ کوآرڈینیشن اسٹڈی حفاظتی ریلے اور فیوز کے انتخاب اور ترتیب کو شارٹ سرکٹ کی غلطی کو تیزی سے صاف کرنے کی اجازت دیتی ہے جبکہ باقی پاور سسٹم پر اثرات کو کم سے کم کرتی ہے۔ عارضی یا متحرک استحکام کے مطالعے سسٹم میں جنریٹرز کی مطابقت پذیری پر اچانک لوڈ کی تبدیلیاں، شارٹ سرکٹ، یا حادثاتی طور پر لوڈ کا منقطع ہونے جیسے واقعات کے اثرات کو ظاہر کرتے ہیں۔ ہارمونک یا بجلی کے معیار کے مطالعے غیر لکیری بوجھ جیسے بجلی کے نظام کی لہر پر روشنی کے اثر کو ظاہر کرتے ہیں، اور شدید مسخ کو کم کرنے کے لیے سفارشات کی اجازت دیتے ہیں۔ ایک زیادہ سے زیادہ بجلی کے بہاؤ کا مطالعہ ایک مقررہ بوجھ کی ضرورت کو پورا کرنے کے لیے پلانٹ کی پیداوار پیدا کرنے کا بہترین مجموعہ قائم کرتا ہے، تاکہ مطلوبہ استحکام اور وشوسنییتا کو برقرار رکھتے ہوئے پیداواری لاگت کو کم سے کم کیا جا سکے۔ اس طرح کے ماڈلز کو قریب حقیقی وقت میں اپ ڈیٹ کیا جا سکتا ہے تاکہ سسٹم آپریٹرز کو اقتصادی ترسیل کے حصول کے لیے سب سے کم لاگت والے طریقے پر رہنمائی فراہم کی جا سکے۔ تجارتی اور غیر تجارتی شکلوں میں بہت سے پاور سیمولیشن سافٹ ویئر پیکیجز ہیں جو یوٹیلیٹی اسکیل سافٹ ویئر سے لے کر ٹولز کا مطالعہ کرنے تک ہیں۔ بوجھ کے بہاؤ کا حساب آپریشنل اور اسٹریٹجک منصوبہ بندی کے دائرہ کار میں غیر متزلزل اور پریشان نیٹ ورک کی جانچ کے لیے بوجھ کے بہاؤ کا حساب سب سے عام نیٹ ورک تجزیہ کا ذریعہ ہے۔ نیٹ ورک ٹوپولوجی، ٹرانسمیشن لائن پیرامیٹرز، ٹرانسفارمر پیرامیٹرز، جنریٹر لوکیشن اور حدود، اور لوڈ لوکیشن اور معاوضے کا استعمال کرتے ہوئے، لوڈ فلو کا حساب تمام نوڈس اور نیٹ ورک کے اجزاء جیسے کیبلز اور ٹرانسفارمرز کی لوڈنگ کے لیے وولٹیج کی شدت اور زاویہ فراہم کر سکتا ہے۔ اس معلومات کے ساتھ، آپریٹنگ حدود کی تعمیل جیسے کہ وولٹیج کی حدود اور زیادہ سے زیادہ بوجھ کے ذریعہ مقرر کردہ، کی جانچ کی جا سکتی ہے۔ مثال کے طور پر، یہ زیر زمین کیبلز کی ترسیل کی صلاحیت کا تعین کرنے کے لیے اہم ہے، جہاں ہر کیبل کی بوجھ کی صلاحیت پر کیبل بنڈلنگ کے اثر کو بھی مدنظر رکھنا پڑتا ہے۔ نقصانات اور ری ایکٹیو پاور الاٹمنٹ کا تعین کرنے کی صلاحیت کی وجہ سے، لوڈ فلو کا حساب بھی نیٹ ورک کے سب سے زیادہ کفایتی آپریشن موڈ کی تحقیقات میں پلاننگ انجینئر کی مدد کرتا ہے۔ سنگل اور/یا ملٹی فیز انفائیڈ لو وولٹیج میشڈ نیٹ ورکس سے الگ تھلگ نیٹ ورکس میں تبدیل کرتے وقت، آپریشنل اور اقتصادی وجوہات کی بناء پر لوڈ فلو کا حساب ضروری ہے۔ لوڈ فلو کا حساب بھی تمام مزید نیٹ ورک مطالعات کی بنیاد ہے، جیسے کہ موٹر اسٹارٹ اپ یا بندش کے تخروپن کے اندر آلات کی طے شدہ یا غیر طے شدہ بندش کی تحقیقات۔ خاص طور پر موٹر اسٹارٹ اپ کی تحقیقات کرتے وقت، لوڈ فلو کے حساب کے نتائج مددگار اشارے دیتے ہیں، مثال کے طور پر، کہ آیا اسٹارٹ اپ کرنٹ کی وجہ سے ہونے والے وولٹیج ڈراپ کے باوجود موٹر کو شروع کیا جا سکتا ہے۔ شارٹ سرکٹ تجزیہ پاور نیٹ ورک میں خرابی پیدا ہونے کے بعد بجلی کے بہاؤ کا تجزیہ کرتا ہے۔ فالٹ تین فیز شارٹ سرکٹ، ایک فیز گراؤنڈ، دو فیز شارٹ سرکٹ، دو فیز گراؤنڈ، ایک فیز بریک، دو فیز بریک یا پیچیدہ فالٹ ہو سکتے ہیں۔ اس طرح کے تجزیے کے نتائج مندرجہ ذیل کا تعین کرنے میں مدد کر سکتے ہیں: فالٹ کرنٹ سرکٹ بریکر کی صلاحیت کی شدت گراؤنڈ فالٹ کی وجہ سے ایک ہی لائن میں وولٹیج میں اضافہ بقایا وولٹیج اور ریلے کی ترتیبات پاور لائن کی وجہ سے مداخلت۔ عارضی استحکام تخروپن پاور سسٹمز کے عارضی استحکام تخروپن کا مقصد ذیلی سیکنڈ سے لے کر کئی دسیوں سیکنڈ تک پاور سسٹم کے استحکام کا تجزیہ کرنا ہے۔ اس پہلو میں استحکام نظام کی کسی رکاوٹ کے سامنے آنے کے بعد تیزی سے مستحکم آپریٹنگ حالت میں واپس آنے کی صلاحیت ہے جیسے کہ مثال کے طور پر ایک درخت اوور ہیڈ لائن پر گرتا ہے جس کے نتیجے میں اس کے حفاظتی نظام کے ذریعہ اس لائن کا خودکار منقطع ہوجاتا ہے۔ انجینئرنگ کے لحاظ سے، ایک پاور سسٹم کو مستحکم سمجھا جاتا ہے اگر سب اسٹیشن وولٹیج کی سطح اور موٹروں اور جنریٹرز کی گردش کی رفتار تیز اور مسلسل انداز میں اپنی معمول کی اقدار پر واپس آجائے۔ ماڈل عام طور پر درج ذیل ان پٹ استعمال کرتے ہیں: کسی بھی دستیاب مکینیکل، الیکٹریکل، اور کنٹرول (گورنر، وولٹیج ریگولیشن، وغیرہ) کے ساتھ جنریٹرز کی تعداد، سائز اور قسم۔ پیرامیٹرز، ہر بس میں رہائشی، تجارتی اور صنعتی بوجھ کا مرکب، تقسیم شدہ کنٹرول ڈیوائسز جیسے ٹیپ بدلنے والے ٹرانسفارمرز، سوئچڈ شونٹ معاوضہ، جامد وار معاوضہ، لچکدار اے سی ٹرانسمیشن سسٹم وغیرہ کے لیے مقام اور وضاحتیں، حفاظتی آلات جیسے ریلے اور لوڈ شیڈنگ کے لیے مقام اور وضاحتیں، اور کسی بھی دوسرے متعلقہ کنٹرول اور/یا حفاظتی آلات کا مقام اور وضاحتیں۔ گرڈ وولٹیج کو اپنی مطلوبہ سطح پر واپس آنے میں قابل قبول وقت وولٹیج کی خلل کی شدت پر منحصر ہے، اور سب سے عام معیار شکل میں سی بی ای ایم اے وکر کے ذریعہ متعین کیا گیا ہے۔ 1. یہ منحنی خطوط الیکٹرانک آلات کے ڈیزائن اور گرڈ استحکام ڈیٹا رپورٹنگ دونوں کو مطلع کرتا ہے۔ یونٹ کی وابستگی یونٹ کی وابستگی کے مسئلے میں بجلی کے بوجھ کو پورا کرنے کے لیے دستیاب پیداواری وسائل کی کم سے کم لاگت کی ترسیل تلاش کرنا شامل ہے۔ پیدا کرنے والے وسائل میں اقسام کی ایک وسیع رینج شامل ہو سکتی ہے: نیوکلیئر تھرمل (کوئلہ، گیس، دیگر جیواشم ایندھن، یا بائیو ماس کا استعمال کرتے ہوئے) قابل تجدید (بشمول ہائیڈرو، ونڈ، ویو پاور، اور سولر) کمپیوٹر پروگرام کے ذریعے طے کیے جانے والے کلیدی فیصلہ متغیرات یہ ہیں: جنریشن لیول (میگاواٹ میں) جنریٹنگ یونٹس کی تعداد مؤخر الذکر فیصلے بائنری ہیں، جس کا مطلب ہے کہ ریاضیاتی مسئلہ مسلسل نہیں ہے۔ اس کے علاوہ، پیداواری پلانٹس متعدد پیچیدہ تکنیکی رکاوٹوں کے تابع ہیں، جن میں شامل ہیں: کم از کم مستحکم آپریٹنگ لیول زیادہ سے زیادہ ریمپنگ کی شرح اوپر یا نیچے یونٹ کی کم سے کم وقت کی مدت اوپر اور/یا نیچے ہے۔ ان رکاوٹوں کی بہت سی مختلف قسمیں ہیں ؛ یہ سب ریاضیاتی اصلاح کے مسائل کی ایک بڑی کلاس کو جنم دیتا ہے۔ بجلی کا بہترین بہاؤ کرچوف کے قوانین کے مطابق اے سی نیٹ ورک کے ذریعے بجلی بہتی ہے۔ ٹرانسمیشن لائنیں تھرمل حدود (بہاؤ پر سادہ میگاواٹ کی حدود) کے ساتھ ساتھ وولٹیج اور برقی استحکام کی رکاوٹوں کے تابع ہیں۔ سمیلیٹر کو اے سی نیٹ ورک میں بہاؤ کا حساب لگانا چاہیے جو یونٹ عزم اور جنریٹر میگاواٹ ڈسپیچ کے کسی بھی دیئے گئے امتزاج کے نتیجے میں ہوتا ہے، اور اس بات کو یقینی بنانا چاہیے کہ اے سی لائن کا بہاؤ تھرمل حدود اور وولٹیج اور استحکام کی رکاوٹوں دونوں کے اندر ہو۔ اس میں ہنگامی حالات شامل ہو سکتے ہیں جیسے کہ کسی ایک ٹرانسمیشن یا جنریشن عنصر کا نقصان-ایک نام نہاد سیکیورٹی سے محدود زیادہ سے زیادہ پاور فلو (ایس سی او پی ایف)، اور اگر اس فریم ورک کے اندر یونٹ کی وابستگی کو بہتر بنایا جاتا ہے تو ہمارے پاس سیکیورٹی سے محدود یونٹ کی وابستگی (ایس سی یو سی) ہے۔ آپٹیمل پاور فلو (او پی ایف) میں کم سے کم کیے جانے والے عمومی اسکیلر مقصد کو اس طرح دیا جاتا ہے: جہاں یو کنٹرول متغیرات کا ایک مجموعہ ہے، x آزاد متغیرات کا ایک مجموعہ ہے، اور سبسکرپٹ 0 اس بات کی نشاندہی کرتا ہے کہ متغیر قبل از وقت پاور سسٹم سے مراد ہے۔ ایس سی او پی ایف مساوات اور عدم مساوات کی حدود کا پابند ہے۔ مساوات کی رکاوٹوں کی حدود پری اور پوسٹ کنٹینجینسی پاور فلو مساوات کے ذریعہ دی جاتی ہیں، جہاں k سے مراد kth کنٹینجینسی کیس ہے: آلات اور آپریٹنگ حدود مندرجہ ذیل عدم مساوات کے ذریعہ دی جاتی ہیں: کنٹرول پر سخت رکاوٹوں کی نمائندگی متغیرات پر سخت/نرم رکاوٹوں کی نمائندگی کرتی ہے جو دیگر رکاوٹوں کی نمائندگی کرتی ہے جیسے کہ رد عمل ریزرو حدود او پی ایف میں معروضی فنکشن فعال یا رد عمل والی طاقت کی مقدار سے متعلق مختلف شکلیں لے سکتا ہے جسے ہم کم سے کم یا زیادہ سے زیادہ کرنا چاہتے ہیں۔ مثال کے طور پر ہم ٹرانسمیشن کے نقصانات کو کم سے کم کرنا چاہتے ہیں یا پاور نیٹ ورک پر بجلی پیدا کرنے کے حقیقی اخراجات کو کم سے کم کرنا چاہتے ہیں۔ پاور فلو حل کے دیگر طریقے جیسے سٹوچسٹک آپٹیمائزیشن کچھ متغیرات کی امکانی تقسیم کا استعمال کرتے ہوئے ماڈلنگ پاور سسٹمز میں پائی جانے والی غیر یقینی صورتحال کو شامل کرتے ہیں جن کی صحیح اقدار معلوم نہیں ہیں۔ جب رکاوٹوں میں غیر یقینی صورتحال موجود ہوتی ہے، جیسے کہ متحرک لائن ریٹنگ کے لیے، موقع محدود اصلاح کا استعمال کیا جا سکتا ہے جہاں کسی رکاوٹ کی خلاف ورزی کا امکان کسی خاص قدر تک محدود ہوتا ہے۔ متغیر ماڈل بنانے کی ایک اور تکنیک مونٹی کارلو طریقہ ہے، جس میں ان پٹ اور نتیجے میں آنے والے نتائج کے مختلف امتزاج کو حقیقی دنیا میں ان کے ہونے کے امکان کی بنیاد پر سمجھا جاتا ہے۔ یہ طریقہ نظام کی حفاظت اور یونٹ کے عزم کے خطرے کے لیے تخروپن پر لاگو کیا جا سکتا ہے، اور یہ تیزی سے قابل تجدید اور/یا تقسیم شدہ نسل کے ساتھ ممکنہ بوجھ کے بہاؤ کے ماڈل کے لیے استعمال کیا جا رہا ہے۔ مسابقتی رویے کے نمونے برقی توانائی کی ایک میگاواٹ پیدا کرنے کی لاگت کا ایک فعل ہے: ایندھن کی قیمت پیدا کرنے کی کارکردگی (وہ شرح جس پر ایندھن میں ممکنہ توانائی کو برقی توانائی میں تبدیل کیا جاتا ہے) آپریشن اور دیکھ بھال کے اخراجات اس کے علاوہ، پلانٹ پیدا کرنے میں مقررہ اخراجات ہوتے ہیں جن میں شامل ہیں: پلانٹ کی تعمیر کے اخراجات، اور مقررہ آپریشن اور دیکھ بھال کے اخراجات کامل مقابلہ فرض کرتے ہوئے، بجلی کی مارکیٹ پر مبنی قیمت خالصتا اگلے میگاواٹ بجلی پیدا کرنے کی لاگت پر مبنی ہوگی، جسے نام نہاد شارٹ رن مارجنل لاگت (ایس آر ایم سی) کہا جاتا ہے۔ تاہم یہ قیمت پیداوار کے مقررہ اخراجات کو پورا کرنے کے لیے کافی نہیں ہو سکتی ہے، اور اس طرح بجلی کی مارکیٹ کی قیمتیں شاذ و نادر ہی خالص ایس آر ایم سی قیمتوں کو ظاہر کرتی ہیں۔ زیادہ تر قائم شدہ بجلی بازاروں میں، جنریٹر اپنی پیداواری صلاحیت کو اپنی پسند کی قیمتوں پر پیش کرنے کے لیے آزاد ہیں۔ مقابلہ اور مالیاتی معاہدوں کا استعمال ان قیمتوں کو ایس آر ایم سی کے قریب رکھتا ہے، لیکن لامحالہ ایس آر ایم سی سے زیادہ قیمت پیش کرتا ہے (مثال کے طور پر 2001 کے کیلیفورنیا توانائی کے بحران کے دوران)۔ پاور سسٹم کے تخروپن کے تناظر میں، برقی طاقت کے بازاروں میں نامکمل مسابقت کی تقلید کے لیے متعدد تکنیکوں کا اطلاق کیا گیا ہے: کورنوٹ مقابلہ برٹرینڈ مقابلہ سپلائی فنکشن توازن بقایا سپلائی انڈیکس تجزیہ اس مسئلے پر مختلف تحقیقات کا بھی اطلاق کیا گیا ہے۔ اس کا مقصد سپلائی-ڈیمانڈ کی پیش گوئی کی صورتحال کو دیکھتے ہوئے پاور مارکیٹ کی قیمتوں کی حقیقت پسندانہ پیش گوئیاں فراہم کرنا ہے۔ طویل مدتی اصلاح پاور سسٹم طویل مدتی اصلاح نسل، ترسیل اور تقسیم کی سہولیات کے لیے کثیر سالہ توسیع اور ریٹائرمنٹ پلان کو بہتر بنانے پر مرکوز ہے۔ اصلاح کا مسئلہ عام طور پر طویل مدتی سرمایہ کاری کے نقد بہاؤ اور او پی ایف/یو سی (یونٹ عزم) کے ایک آسان ورژن پر غور کرے گا، تاکہ یہ یقینی بنایا جا سکے کہ پاور سسٹم محفوظ اور اقتصادی طریقے سے کام کرتا ہے۔ اس شعبے کی درجہ بندی اس طرح کی جا سکتی ہے: جنریشن ایکسٹینشن آپٹیمائزیشن ٹرانسمیشن ایکسٹینشن آپٹیمائزیشن جنریشن-ٹرانسمیشن ایکسٹینشن کو-آپٹیمائزیشن ڈسٹری بیوشن نیٹ ورک آپٹیمائزیشن اسٹڈی کی وضاحتیں کسی بھی پروجیکٹ کی کامیابی کے لیے ایک اچھی طرح سے متعین پاور سسٹم کے مطالعہ کی ضرورت اہم ہے کیونکہ اس سے اہل سروس فراہم کنندہ اور صحیح تجزیہ سافٹ ویئر کے انتخاب کے چیلنج کو کم کیا جا سکے گا۔ سسٹم اسٹڈی کی تفصیلات پروجیکٹ کے دائرہ کار، تجزیہ کی اقسام، اور مطلوبہ ڈیلیوریبل کی وضاحت کرتی ہیں۔ مطالعہ کی تفصیلات مخصوص پروجیکٹ اور صنعت کی ضروریات سے ملنے کے لیے لکھی جانی چاہئیں اور تجزیہ کی قسم کی بنیاد پر مختلف ہوں گی۔ پاور سسٹم سیمولیشن سافٹ ویئر جنرل الیکٹرک کا ایم اے پی ایس (ملٹی ایریا پروڈکشن سیمولیشن) ایک پروڈکشن سیمولیشن ماڈل ہے جو ریاستہائے متحدہ میں مختلف علاقائی ٹرانسمیشن تنظیموں اور آزاد سسٹم آپریٹرز کے ذریعہ ایف ای آر سی کے زیر انتظام برقی تھوک بازاروں میں مجوزہ برقی ترسیل اور پیداواری سہولیات کے معاشی اثرات کی منصوبہ بندی کے لیے استعمال ہوتا ہے۔ ماڈل کے کچھ حصوں کو آر ٹی او اور آئی ایس او علاقوں کے لیے تھوک برقی بازاروں کے آپریشن میں عزم اور ترسیل کے مرحلے (5 منٹ کے وقفوں پر اپ ڈیٹ) کے لیے بھی استعمال کیا جا سکتا ہے۔ اے بی بی کا PROMOD اسی طرح کا سافٹ ویئر پیکیج ہے۔ یہ آئی ایس او اور آر ٹی او علاقے جی ای سافٹ ویئر پیکیج کا بھی استعمال کرتے ہیں جسے ایم اے آر ایس (ملٹی ایریا ریلیبلٹی سیمولیشن) کہا جاتا ہے تاکہ یہ یقینی بنایا جا سکے کہ پاور سسٹم وشوسنییتا کے معیار پر پورا اترتا ہے (لوڈ کی توقع کا نقصان (ایل او ایل ای) ہر سال 0.1 دن سے زیادہ نہیں)۔ مزید برآں، پی ایس ایل ایف (پوزیٹیو سیکوینس لوڈ فلو) نامی جی ای سافٹ ویئر پیکیج، پی ایس ایس ای (پاور سسٹم سیمولیشن فار انجینئرنگ) نامی سیمنز سافٹ ویئر پیکیجز کے ساتھ ساتھ پی ایس ایس سنکل (سیمنز نیٹ ورک کیلکولیٹر)، اور آپریشن ٹیکنالوجی انکارپوریٹڈ کا الیکٹریکل ٹرانزینٹ اینالائزر پروگرام (ای ٹی اے پی) آر ٹی اوز اور آئی ایس اوز کے ذریعے ابتدائی منصوبہ بندی کے مطالعے کے دوران شارٹ سرکٹس اور استحکام کے لیے پاور سسٹم پر لوڈ فلو کا تجزیہ کرتا ہے۔ حوالہ جات برقی طاقت