स्थिर अवस्था स्थायित्व पावर सिस्टम में: परिभाषा कारण और सुधार विधियाँ

स्थिर अवस्था स्थिरता की परिभाषा

स्थिर अवस्था स्थिरता को एक छोटी हलचल के बाद विद्युत प्रणाली की शुरुआती संचालन स्थिति को बनाए रखने की क्षमता, या जब हलचल लगातार रहती है तो शुरुआती स्थिति के निकट एक स्थिति में अभिसरण करने की क्षमता के रूप में परिभाषित किया जाता है। यह अवधारणा विद्युत प्रणाली की योजना और डिजाइन, विशेषीकृत स्वचालित नियंत्रण उपकरणों के विकास, नए प्रणाली घटकों की आयात, और संचालन स्थितियों की समायोजन में महत्वपूर्ण रूप से महत्वपूर्ण है।

स्थिर अवस्था स्थिरता सीमा का मूल्यांकन विद्युत प्रणाली विश्लेषण के लिए आवश्यक है, जिसमें निर्दिष्ट स्थिर अवस्था की स्थितियों के तहत प्रणाली के प्रदर्शन की जाँच, स्थिरता सीमाओं का निर्धारण, अस्थायी प्रक्रियाओं का गुणात्मक मूल्यांकन, और उत्तेजन प्रणाली और उसके नियंत्रण, नियंत्रण मोड, और उत्तेजन और स्वचालन प्रणालियों के पैरामीटर जैसे कारकों का मूल्यांकन शामिल है।

स्थिरता की आवश्यकताएँ स्थिरता सीमा, स्थिर अवस्था की स्थितियों में विद्युत ऊर्जा की गुणवत्ता, और अस्थायी प्रदर्शन से निर्धारित होती हैं। स्थिर अवस्था स्थिरता सीमा एक निश्चित बिंदु पर प्रणाली में ऐसा अधिकतम शक्ति प्रवाह को संदर्भित करती है जो शक्ति को धीरे-धीरे बढ़ाने पर अस्थिरता को प्रारंभित न करते हुए बनाए रखा जा सकता है।

विद्युत प्रणाली विश्लेषण में, एक ही खंड में सभी मशीनें उस बिंदु पर जुड़े एक बड़ी मशीन के रूप में मानी जाती हैं—यहाँ तक कि अगर वे एक ही बस से सीधे जुड़े न हों और उनके बीच में महत्वपूर्ण प्रतिक्रिया हो। बड़े पैमाने की प्रणालियों को आमतौर पर निरंतर वोल्टेज के साथ माना जाता है और एक अनंत बस के रूप में मॉडल किया जाता है।

एक प्रणाली को ध्यान में रखें जिसमें एक जनरेटर (G), एक प्रसारण लाइन, और एक संक्रमण मोटर (M) लोड के रूप में कार्य कर रहा है।

नीचे दिखाया गया व्यंजक जनरेटर G और संक्रमण मोटर M द्वारा विकसित शक्ति देता है।

नीचे दिखाया गया व्यंजक जनरेटर G और संक्रमण मोटर M द्वारा उत्पन्न अधिकतम शक्ति देता है

यहाँ, A, B, और D दो-अंत मशीन के सामान्यीकृत स्थिरांकों का प्रतिनिधित्व करते हैं। उपरोक्त व्यंजक वाट में शक्ति देता है, प्रति फेज—उद्दिष्ट वोल्टेज फेज वोल्टेज में वोल्ट में होने पर।

प्रणाली की अस्थिरता के कारण

एक असीमित बसबार से जुड़े एक संक्रमण मोटर को ध्यान में रखें, जो निरंतर गति पर संचालित हो रहा है। इसकी इनपुट शक्ति उत्पादन शक्ति और हानियों के योग के बराबर है। अगर मोटर को शाफ्ट लोड में छोटी वृद्धि की जाती है, तो मोटर की उत्पादन शक्ति बढ़ जाती है जबकि इसकी इनपुट शक्ति अपरिवर्तित रहती है। इससे एक शुद्ध रिटार्डिंग टोक बनता है, जिससे मोटर की गति अस्थायी रूप से गिर जाती है।

जब रिटार्डिंग टोक मोटर की गति को कम करता है, तो मोटर के आंतरिक वोल्टेज और प्रणाली वोल्टेज के बीच फेज कोण बढ़ता जाता है जब तक विद्युत इनपुट शक्ति उत्पादन शक्ति और हानियों के योग के बराबर नहीं हो जाती।

इस अस्थायी अंतराल के दौरान, क्योंकि मोटर की विद्युत इनपुट शक्ति यांत्रिक लोड से कम है, अतिरिक्त आवश्यक शक्ति घूर्णन प्रणाली में संचित ऊर्जा से ली जाती है। मोटर संतुलन बिंदु के चारों ओर दोलन करता है और अंततः या तो रुक जाता है या संक्रमण से निकल जाता है।

एक प्रणाली अस्थिर हो जाती है जब एक बड़ा लोड लगाया जाता है या जब लोड को बहुत तेजी से मशीन पर लगाया जाता है।

नीचे दिया गया समीकरण एक मोटर द्वारा विकसित अधिकतम शक्ति का वर्णन करता है। यह अधिकतम लोड केवल तभी प्राप्य है जब शक्ति कोण (δ) लोड कोण (&β) के बराबर हो। लोड इस स्थिति तक बढ़ाया जा सकता है; इस बिंदु से परे, कोई भी अतिरिक्त लोड बढ़ाने से मशीन अपर्याप्त शक्ति उत्पादन के कारण संक्रमण से निकल जाएगी।

घाट शक्ति तब घूर्णन प्रणाली की संचित ऊर्जा से प्रदान की जाएगी, जिससे गति में गिरावट आएगी। जैसे-जैसे शक्ति की घाट बढ़ती जाती है, कोण धीरे-धीरे घटता जाता है जब तक मोटर रुक नहीं जाता।

किसी दिए गए &δ के लिए, मोटर द्वारा विकसित शक्ति और जनरेटर द्वारा विकसित शक्ति के बीच का अंतर लाइन हानि के बराबर होता है। अगर लाइन का प्रतिरोध और शंट उपलेट नगण्य है, तो विकल्पी और मोटर के बीच स्थानांतरित शक्ति निम्न प्रकार से व्यक्त की जा सकती है:

जहाँ, X — लाइन प्रतिक्रिया

• V_G – जनरेटर का वोल्टेज

• V_M – मोटर का वोल्टेज

• &δ – लोड कोण

• P_M – मोटर की शक्ति

• P_G – मोटर की शक्ति

• P_max – अधिकतम शक्ति

स्थिर अवस्था स्थिरता सीमा को सुधारने की विधियाँ

विकल्पी और मोटर के बीच स्थानांतरित अधिकतम शक्ति उनके आंतरिक विद्युत उत्प्रेरक बल (EMFs) के उत्पाद के लिए सीधे आनुपातिक और लाइन प्रतिक्रिया के लिए प्रतिलोम आनुपातिक होती है। स्थिर अवस्था स्थिरता सीमा दो मुख्य दृष्टिकोणों से बढ़ाई जा सकती है:

• जनरेटर, मोटर, या दोनों की उत्तेजना बढ़ाना
  उत्तेजना बढ़ाने से मशीनों के आंतरिक EMF बढ़ते हैं, जिससे उनके बीच स्थानांतरित अधिकतम शक्ति बढ़ती है। इसके अलावा, उच्च आंतरिक EMF लोड कोण (&δ) को कम करते हैं।

• स्थानांतरण प्रतिक्रिया को कम करना
  स्थानांतरण प्रतिक्रिया को निम्न विधियों से कम किया जा सकता है:

• संपर्क बिंदुओं के बीच समानांतर प्रसारण लाइनों को जोड़ना;

• बंडल चालक का उपयोग, जो लाइन प्रतिक्रिया को कम करता है;

• लाइन में श्रृंखला कंडेनसरों को समाविष्ट करना।

श्रृंखला कंडेनसर विशेष रूप से अत्यधिक उच्च वोल्टेज (EHV) लाइनों में शक्ति स्थानांतरण दक्षता को बढ़ाने के लिए उपयोग किए जाते हैं और 350 किलोमीटर से अधिक की दूरियों के लिए आर्थिक रूप से व्यवहार्य होते हैं।