लोड फ्रिक्वेन्सी नियंत्रण (LFC) र टर्बाइन गवर्नर नियंत्रण (TGC) पावर सिस्टममा

तापीय उत्पादन इकाइहरुको संक्षिप्त परिचय

विद्युत उत्पादन नवीकरणीय र अननवीकरणीय ऊर्जा स्रोतहरु पर निर्भर छ। तापीय उत्पादन इकाइहरु शक्ति उत्पादनको पारम्परिक दृष्टिकोण हुन्। यी इकाइहरुमा कोयला, परमाणु ऊर्जा, प्राकृतिक गैस, जैव ईंधन र जैव गैस जस्ता ईंधनहरु बाइलरमा ज्वलनीय हुन्छन्।

उत्पादन इकाइको बाइलर एक अत्यंत जटिल प्रणाली हो। यसको सरल धारणामा, यसलाई एउटा चाम्बर रुपमा देख्न सकिन्छ जसको दीवारहरु पाइपहरुद्वारा आच्छादित छन्, जहाँ जल निरन्तर परिसरण गर्छ। बाइलर भित्र ईंधनको ज्वलनीयता द्वारा उत्पन्न थर्मल ऊर्जा यस जलमा स्थानांतरित हुन्छ। यस प्रक्रियामा, जल उच्च दबाव (डिझाइन अनुसार १५० ksc देखि ३८० ksc) र उच्च तापमान (डिझाइन विशेषताहरु अनुसार ५३०°C देखि ७३२°C) वाले शुष्क संतृप्त भापमा परिवर्तित हुन्छ।

यो संतृप्त भाप त्यसपछि एउटा टर्बाइनमा प्रवेश गर्छ, जहाँ यसले विस्तार गर्छ र यसको तापमान घट्छ। यस विस्तार प्रक्रियामा, भापले आफ्नो थर्मल ऊर्जा टर्बाइन शाफ्टको घूर्णन ऊर्जामा स्थानांतरित गर्छ। भापको टर्बाइनमा प्रवाह एउटा नियन्त्रण वाल्वद्वारा नियन्त्रित हुन्छ, जसलाई टर्बाइनको नियन्त्रण प्रणाली द्वारा नियन्त्रण गरिन्छ। यसरी, टर्बाइनको सक्रिय शक्ति उत्पादन गवर्नरद्वारा नियन्त्रित हुन्छ। टर्बाइनले सिङ्क्रोनस जनरेटरसँग जोडिन्छ।

सिङ्क्रोनस जनरेटरले टर्बाइनको यांत्रिक ऊर्जालाई विद्युत ऊर्जामा परिवर्तित गर्छ। सिङ्क्रोनस जनरेटरहरु सामान्यतया ११ kV देखि २६ kV जस्ता नामित आवृत्तिमा धेरै निम्न वोल्टेजमा विद्युत उत्पादन गर्छन्। यो वोल्टेज त्यसपछि २२० kV/४०० kV/७६५ kV मा उच्च वोल्टेजमा उत्पादन ट्रान्सफार्मरद्वारा उत्पादन गरिएको विद्युत ग्रिडमा प्रसारण गरिन्छ। विद्युत प्रणाली अध्ययनहरुमा, यो पूर्ण सम्मिलित प्रणालीलाई उत्पादन इकाइ भनिन्छ।

टर्बाइन गवर्नर नियन्त्रण (TGC)

पूर्व उल्लेखित गरिएको अनुसार, गवर्नरले नियन्त्रण वाल्वको स्थिति नियन्त्रण गरेर टर्बाइनमा सक्रिय शक्ति प्रवाह नियन्त्रण गर्छ। एक हाइड्रोलिक गवर्नरलाई टर्बाइनको वास्तविक घूर्णन गतिद्वारा प्रतिक्रिया दिएको एक इंटीग्रल नियन्त्रक रुपमा मॉडल गर्न सकिन्छ। चित्र १ गवर्नरको गति-नियन्त्रण अवस्थामा कार्यक्रम देखाउँछ।

टर्बाइनको वास्तविक गति नामित ग्रिड आवृत्तिको अनुरूप रेफरेन्स गतिसँग तुलना गरिन्छ। परिणामी गति त्रुटि सिग्नल (∆ωᵣ) त्यसपछि गवर्नरमा दिइन्छ। यस त्रुटि सिग्नलको आधारमा, गवर्नरले नियन्त्रण वाल्वको स्थिति समायोजन गर्छ: यदि धनात्मक त्रुटि सिग्नल पाइन्छ (यानी वास्तविक आवृत्ति नामित आवृत्तिभन्दा बढी छ), गवर्नरले वाल्वलाई थोरै बन्द गर्छ; उल्टै, यदि ऋणात्मक त्रुटि सिग्नल पाइन्छ, गवर्नरले वाल्व खोल्छ।

"R" गवर्नरको ड्रूप सेटिङ भन्छ, जसको रेंज सामान्यतया ३% देखि ८% छ। गणितीय रूपमा, यसलाई यसरी परिभाषा गरिन्छ:
R = (एकाइ आवृत्ति परिवर्तन) / (एकाइ शक्ति परिवर्तन)

ड्रूप सेटिङहरु अनेक उत्पादन इकाइहरुको स्थिर समान्तर कार्यक्रमको लागि आवश्यक छन्, किनभने यी निर्धारण गर्ने कुन नियन्त्रण क्षेत्रमा भार कसरी साझा गरिन्छ। ठूलो ड्रूप मानको इकाइहरु आफ्नो भारको ठूलो हिस्सा स्वयं लिन्छन्।

नियन्त्रण क्षेत्र

विद्युत प्रणालीमा, उत्पादन इकाइहरु र भारहरु विशाल भौगोलिक क्षेत्रमा वितरित छन्। स्थिरता बनाउन, पूर्ण ग्रिडलाई लागि छोटा नियन्त्रण क्षेत्रहरुमा (मुख्यतया भौगोलिक आधारमा) विभाजन गरिन्छ। यो विभाजन यसलाई सुविधा प्रदान गर्छ:

• सुविधाजनक भार प्रवाह गणना

• आवृत्ति र शक्ति संतुलनको निखुस नियन्त्रण

नियन्त्रण क्षेत्रको भित्र अनेक उत्पादन इकाइहरु र भारहरु रहन्छन्। विद्युत प्रणालीलाई नियन्त्रण क्षेत्रमा विभाजन गर्ने कई महत्वपूर्ण उद्देश्यहरु छन्:

१. भार आवृत्ति नियन्त्रण

यो ढाँचा ग्रिड आवृत्तिको संरक्षण गर्ने भार-आवृत्ति नियन्त्रण विधिहरुको अनुप्रयोग सक्षम बनाउँछ—यसको विस्तृत विवरण बाँकी भागमा विचार गरिनेछ।

२. निर्धारित बाटाको निर्धारण

यदि नियन्त्रण क्षेत्रको उत्पादन उसको भार मागलाभन्दा कम छ, त्यसपछि शक्ति निकटका नियन्त्रण क्षेत्रहरुबाट टाइ लाइनहरुद्वारा उसको भित्र प्रवाह गर्छ (अन्यथा उल्टै)।

३. प्रभावी भार साझा गर्ने

भार माग दिनभर भित्रै परिवर्तन छ (उदाहरणका लागि, रातमा निम्न, सुबह र साँझमा चरम)। नियन्त्रण क्षेत्रहरु यस प्रक्रियालाई सरल बनाउँछ:

• इकाइहरुको क्षमता र भार मागको आधारमा इकाइहरुमा भार बाँडन

• अन्य नियन्त्रण क्षेत्रहरुको साथ निर्धारित शक्ति बाटाको गणना

शक्ति संतुलन

विद्युत ऊर्जा वास्तविक समयमा खप्दछ (यसलाई बडा पैमानामा स्टोर गर्न सकिँदैन)। त्यसैले, शक्ति संतुलन एक मौलिक आवश्यकता छ:
उत्पादित शक्ति (P₉) = भार माग (Pd) + प्रसारण नुक्सान (Pₗ)

प्रसारण नुक्सान अनुमानित रूपमा उत्पादित शक्तिको ~२% छ र यसलाई आवृत्ति नियन्त्रणमा ध्यान दिनुपर्दैन। सरलीकरणको लागि, हामी यसरी अनुमान गर्छौं:
उत्पादित शक्ति (P₉) ≈ भार माग (Pd)

आवृत्ति परिवर्तन

G्रिड आवृत्ति भार माग र उत्पादन बीचको असामञ्जस्यले परिवर्तन भइरहन्छ। छोटो विचलनलाई प्रणालीको इनर्सिया द्वारा स्थिर बनाउँछ, तर ठूलो फाटक (उदाहरणका लागि, इकाइहरुको अप्रत्याशित बन्द, ठूलो भार परिवर्तन) आवृत्तिलाई ±५% विस्तार गर्न सक्छ। मुख्य परिस्थितिहरु यस्ता छन्:

• उत्पादन इकाइहरु वा प्रसारण लाइनहरुको अप्रत्याशित बन्द

• ठूलो भारको अचानक जोड्न वा अलग गर्न

धेरै परिस्थितिहरुमा (उदाहरणका लागि, इकाइ/लाइन ट्रिप, ठूलो भार जोड्न), माग उत्पादनभन्दा बढी छ, जसले आवृत्तिलाई घटाउँछ। उल्टै, यदि ठूलो भार जोड्ने एउटा प्रसारण लाइन ट्रिप गर्छ, त्यसपछि उत्पादन मागभन्दा बढी हुन सक्छ, जसले आवृत्तिलाई बढाउँछ। यद्यपि प्रणाली यी परिस्थितिहरुमा विपरीत रूपमा प्रतिक्रिया गर्छ, आवृत्ति घटाउनको विवरण दुवै व्यवहारलाई समझ्न सक्छ।

किन आवृत्ति घटाउने भइरहन्छ

दुई अन्तर्निहित प्रणाली व्यवहार आवृत्ति घटाउने भइरहन्छ:

१. भार दामन

इन्डक्सन मोटरहरु (उदाहरणका लागि, घरेलु पंखा, औद्योगिक ड्राइव) ग्रिड भारको नियन्त्रण गर्छन्। उनीहरुको शक्ति उपभोग आवृत्तिपरिवर्ती छ: १% आवृत्ति घटाउने धेरै बडा प्रणालीहरुमा सक्रिय शक्ति उपभोगलाई लगभग २% घटाउँछ। जब नयाँ भार जोडिन्छ, आवृत्ति घटाउँछ, र अस्तित्वमा रहेका इन्डक्सन भारहरु स्वचालित रूपमा शक्ति उपभोग घटाउँछन्—यसले भार-उत्पादन फाटकलाई आंशिक रूपमा लामोसम्म टेक्सेछ।

२. टर्बाइन-जनरेटर (TG) सेटहरुबाट गतिज ऊर्जा रिलीज

पारम्परिक TG सेटहरु ठूलो रोटरहरु (सामान्यतया >२५ टन) छन्, जसको घूर्णन गति ३००० RPM (५०Hz ग्रिडका लागि) छ। जब माग उत्पादनभन्दा बढी छ, यी रोटरहरु त्यस समयको लागि भण्डारित गतिज ऊर्जा (३-५ सेकेण्ड, इनर्सियाको आधारमा) प्रदान गर्छन्। रोटरहरु धीरे-धीरे धीमा गर्दा, ग्रिड आवृत्ति घट्छ।

आवृत्ति नियन्त्रण

भार-आवृत्ति नियन्त्रण (LFC) भार-उत्पादन असामञ्जस्यको बादमा ग्रिड आवृत्तिलाई नामित मानमा फिर्ता लाउँछ। दुई तहको नियन्त्रण छ:

१. प्राथमिक आवृत्ति नियन्त्रण

इकाइ तहमा, टर्बाइनको नियन्त्रण प्रणाली गति (र त्यसैले आवृत्ति) नियन्त्रण गर्छ। पहिले देखाएको अनुसार, प्रत्येक इकाइ आवृत्ति विचलनको आधारमा भाप इनपुटलाई नियन्त्रण गर्छ। निम्न चित्रमा एक उत्पादन स्टेशनको पूर्ण प्राथमिक नियन्त्रण लूप देखाइएको छ।

२. द्वितीयक आवृत्ति नियन्त्रण

यो अनेक इकाइहरुको समन्वित नियन्त्रण छ, जसले विभिन्न नियन्त्रण क्षेत्रहरुमा दीर्घकालिक आवृत्ति स्थिरता र निम्न भार साझा गर्न सुनिश्चित गर्छ।

प्राथमिक आवृत्ति नियन्त्रणको सीमाहरु

प्राथमिक आवृत्ति नियन्त्रण अकेलो नियन्त्रण गर्दा एउटा स्थिर-स्थिति आवृत्ति विचलन छ, जसले गवर्नर ड्रूप विशेषता र भार आवृत्ति संवेदनशीलताले प्रभावित हुन्छ। यो घटना भएको किनभने व्यक्तिगत इकाइहरु नयाँ भार कहाँ जोडिएको छ वा कति भार थपिएको छ भन्ने विचार बिना गति समायोजन गर्छन्। यस विशिष्ट विचार बिना, शक्ति संतुलन पूर्ण रूपमा पुनर्स्थापित गरिन सकिँदैन, र आवृत्ति विचलन लामोसम्म रहन्छ। प्राथमिक निय