विद्युत शक्ति प्रणाली अनुकरण

विद्युत शक्ति प्रणाली अनुकरण में अभिकल्पना/ऑफ़लाइन या वास्तविक समय डेटा का उपयोग करके विद्युत शक्ति प्रणाली का विश्लेषण करने के लिए शक्ति प्रणाली मॉडलिंग और संजाल अनुकरण सम्मिलित है। शक्ति प्रणाली अनुकरण प्रक्रिया सामग्री संगणक अनुकरण योजना का एक वर्ग है जो विद्युत शक्ति प्रणालियों के संचालन पर ध्यान केंद्रित करता है। इस प्रकार के संगणक योजना का उपयोग वैद्युत शक्ति प्रणाली के लिए विस्तृत योजना और परिचालन स्थितियों में किया जाता है।

शक्ति प्रणाली अनुकरण के अनुप्रयोगों में सम्मिलित हैं: दीर्घकालिक उत्पादन और प्रसारण विस्तार योजना, अल्पकालिक परिचालन अनुकरण और बाजार विश्लेषण (जैसे मूल्य पूर्वानुमान)। ये योजना विशिष्ट रूप पर गणितीय अनुकूलन तकनीकों जैसे रैखिक क्रमादेशन, द्विघात क्रमादेशन और मिश्रित पूर्णांक क्रमादेशन का उपयोग करते हैं।

शक्ति प्रणाली के कई तत्वों को मॉडल किया जा सकता है। एक शक्ति-प्रवाह अध्ययन, पारेषण लाइनों पर लोड की गणना करता है और उत्पादन स्टेशनों पर उत्पन्न होने वाली आवश्यक शक्ति, सेवा के लिए आवश्यक भार दिया जाता है। एक शॉर्ट सर्किट अध्ययन या दोष विश्लेषण संभावित शॉर्ट-सर्किट करंट | शॉर्ट-सर्किट करंट की गणना करता है, जो चरणों के बीच या सक्रिय तारों से जमीन तक शॉर्ट-सर्किट के लिए अध्ययन के तहत प्रणाली में रुचि के विभिन्न बिंदुओं पर प्रवाहित होगा। एक समन्वय अध्ययन  सुरक्षात्मक रिले  के चयन और सेटिंग की अनुमति देता है और बाकी बिजली व्यवस्था पर प्रभाव को कम करते हुए शॉर्ट-सर्किट गलती को तेजी से दूर करने के लिए फ़्यूज़ करता है। क्षणिक या गतिशील स्थिरता अध्ययन प्रणाली में जनरेटर के सिंक्रनाइज़ेशन पर अचानक लोड परिवर्तन, शॉर्ट-सर्किट, या लोड के आकस्मिक वियोग जैसी घटनाओं के प्रभाव को दिखाते हैं। हार्मोनिक या बिजली की गुणवत्ता के अध्ययन गैर-रैखिक भार के प्रभाव को दिखाते हैं जैसे कि बिजली व्यवस्था के तरंग पर प्रकाश व्यवस्था, और गंभीर विकृति को कम करने के लिए सिफारिशें करने की अनुमति देता है। एक इष्टतम शक्ति-प्रवाह अध्ययन किसी दिए गए भार की आवश्यकता को पूरा करने के लिए उत्पादन संयंत्र उत्पादन का सबसे अच्छा संयोजन स्थापित करता है, ताकि वांछित स्थिरता और विश्वसनीयता बनाए रखते हुए उत्पादन लागत को कम किया जा सके;  आर्थिक प्रेषण  प्राप्त करने के लिए सबसे कम लागत वाले तरीके पर प्रणाली ऑपरेटरों को मार्गदर्शन की अनुमति देने के लिए ऐसे मॉडल निकट-वास्तविक समय में अद्यतन किए जा सकते हैं।

वाणिज्यिक और गैर-वाणिज्यिक रूपों में कई शक्ति अनुकरण सॉफ़्टवेयर पैकेज हैं जो यूटिलिटी-स्केल सॉफ़्टवेयर से लेकर अध्ययन टूल तक हैं।

लोड प्रवाह गणना
लोड-फ्लो गणना परिचालन और रणनीतिक योजना के दायरे में अबाधित और अशांत संजाल की जांच के लिए सबसे आम संजाल विश्लेषण उपकरण है।

संजाल टोपोलॉजी, प्रसारणलाइन पैरामीटर, ट्रांसफॉर्मर पैरामीटर, जनरेटर स्थान और सीमाएं, और लोड स्थान और मुआवजे का उपयोग करके, लोड-फ्लो गणना सभी नोड्स के लिए वोल्टेज परिमाण और कोण प्रदान कर सकती है और केबल और ट्रांसफार्मर जैसे संजाल घटकों को लोड कर सकती है। इस जानकारी के साथ, वोल्टेज रेंज और अधिकतम भार द्वारा निर्धारित ऑपरेटिंग सीमाओं के अनुपालन की जांच की जा सकती है। उदाहरण के लिए, यह भूमिगत केबलों की संचरण क्षमता का निर्धारण करने के लिए महत्वपूर्ण है, जहाँ प्रत्येक केबल की भार क्षमता पर केबल बंडलिंग के प्रभाव को भी ध्यान में रखा जाना चाहिए।

घाटे और प्रतिक्रियाशील-शक्ति आवंटन को निर्धारित करने की क्षमता के कारण, लोड-फ्लो गणना संजाल के सबसे किफायती संचालन मोड की जांच में योजना अभियंता का भी समर्थन करती है।

सिंगल और/या मल्टी-फेज इनफीड लो-वोल्टेज मेश्ड संजाल से अलग-थलग संजाल में बदलते समय, परिचालन और आर्थिक कारणों से लोड-फ्लो गणना आवश्यक है। लोड-फ्लो गणना आगे के सभी संजाल अध्ययनों का आधार भी है, जैसे मोटर स्टार्ट-अप या आउटेज अनुकरण के भीतर उपकरण के अनुसूचित या अनिर्धारित आउटेज की जांच।

खासकर जब मोटर स्टार्ट-अप की जांच कर रहे हों, लोड-फ्लो गणना के परिणाम सहायक संकेत देते हैं, उदाहरण के लिए, स्टार्ट-अप करंट के कारण वोल्टेज ड्रॉप के बावजूद मोटर को चालू किया जा सकता है या नहीं।

शॉर्ट सर्किट विश्लेषण
शॉर्ट सर्किट विश्लेषण शक्ति संजाल में फॉल्ट (शक्ति इंजीनियरिंग) होने के बाद शक्ति फ्लो का विश्लेषण करता है। दोष तीन-चरण शॉर्ट सर्किट, एक-चरण ग्राउंडेड, दो-चरण शॉर्ट सर्किट, दो-चरण ग्राउंडेड, एक-चरण ब्रेक, दो-चरण ब्रेक या जटिल दोष हो सकते हैं। इस तरह के विश्लेषण के परिणाम निम्नलिखित निर्धारित करने में मदद कर सकते हैं:
 * 1) फॉल्ट करंट का परिमाण
 * 2) सर्किट ब्रेकर क्षमता
 * 3) ग्राउंड फॉल्ट के कारण सिंगल लाइन में वोल्टेज बढ़ना
 * 4) अवशिष्ट वोल्टेज और रिले सेटिंग्स
 * 5) बिजली लाइन के कारण व्यवधान।

क्षणिक स्थिरता अनुकरण
बिजली प्रणालियों के क्षणिक स्थिरता अनुकरण का लक्ष्य एक बिजली प्रणाली की स्थिरता का विश्लेषण उप-सेकंड से लेकर कई दसियों सेकंड तक करना है। इस पहलू में स्थिरता एक गड़बड़ी के संपर्क में आने के बाद प्रणाली की एक स्थिर परिचालन स्थिति में जल्दी से वापस लौटने की क्षमता है, उदाहरण के लिए एक ओवरहेड लाइन पर गिरने वाला पेड़ जिसके परिणामस्वरूप उस लाइन की सुरक्षा प्रणालियों द्वारा स्वत: वियोग होता है। इंजीनियरिंग के संदर्भ में, एक शक्ति प्रणाली को स्थिर माना जाता है यदि सबस्टेशन वोल्टेज का स्तर और मोटर्स और जनरेटर की घूर्णी गति अपने सामान्य मूल्यों पर त्वरित और निरंतर तरीके से वापस आती है। मॉडल आमतौर पर निम्नलिखित इनपुट का उपयोग करते हैं: ग्रिड वोल्टेज को उनके इच्छित स्तर पर लौटने में लगने वाले समय की स्वीकार्य मात्रा वोल्टेज गड़बड़ी की भयावहता पर निर्भर करती है, और सबसे सामान्य मानक चित्र में CBEMA वक्र द्वारा निर्दिष्ट किया गया है। 1. यह वक्र इलेक्ट्रॉनिक उपकरण अभिकल्पना और ग्रिड स्थिरता डेटा रिपोर्टिंग दोनों को सूचित करता है।
 * किसी भी उपलब्ध यांत्रिक, विद्युत और नियंत्रण (गवर्नर, वोल्टेज विनियमन, आदि) मापदंडों के साथ जनरेटर की संख्या, आकार और प्रकार,
 * प्रत्येक बस में आवासीय, वाणिज्यिक और औद्योगिक भार का मिश्रण,
 * टैप-चेंजिंग ट्रांसफॉर्मर, स्विच्ड शंट मुआवजा, स्टैटिक वार कम्पेसाटर, फ्लेक्सिबल एसी प्रसारणप्रणाली, आदि जैसे वितरित नियंत्रण उपकरणों के लिए स्थान और विनिर्देश।
 * सुरक्षा उपकरणों जैसे रिले और लोड शेडिंग के लिए स्थान और विनिर्देश, और
 * किसी अन्य प्रासंगिक नियंत्रण और/या सुरक्षा उपकरणों का स्थान और विनिर्देश।

यूनिट प्रतिबद्धता
यूनिट प्रतिबद्धता की समस्या में विद्युत भार को पूरा करने के लिए उपलब्ध उत्पादन संसाधनों के कम से कम लागत वाले प्रेषण को सम्मिलित करना सम्मिलित है।

संसाधन उत्पन्न करने में कई प्रकार के प्रकार सम्मिलित हो सकते हैं:
 * 1) परमाणु शक्ति
 * 2) ताप विद्युत केंद्र  (कोयला, गैस, अन्य  जीवाश्म ईंधन  या  बायोमास  का उपयोग करके)
 * 3) नवीकरणीय (पनबिजली, पवन, तरंग-शक्ति और सौर सहित)

संगणक योजना द्वारा तय किए गए प्रमुख निर्णय चर हैं:
 * 1) उत्पादन स्तर (मेगावाट में)
 * 2) उत्पादन इकाइयों की संख्या पर

बाद के निर्णय बाइनरी {0,1} हैं, जिसका अर्थ है कि गणितीय समस्या निरंतर नहीं है।

इसके अलावा, उत्पादन संयंत्र कई जटिल तकनीकी बाधाओं के अधीन हैं, जिनमें निम्न सम्मिलित हैं:
 * 1) न्यूनतम स्थिर परिचालन स्तर
 * 2) ऊपर या नीचे रेंगने की अधिकतम दर
 * 3) न्यूनतम समय अवधि इकाई ऊपर और/या नीचे है

इन बाधाओं के कई अलग-अलग रूप हैं; यह सब विद्युत ऊर्जा उत्पादन में यूनिट प्रतिबद्धता समस्या  के एक बड़े वर्ग को जन्म देता है।

इष्टतम शक्ति प्रवाह
किरचॉफ के सर्किट कानूनों के अनुसार एक एसी संजाल के माध्यम से बिजली प्रवाहित होती है। किरचॉफ के नियम। पारेषण लाइनें थर्मल सीमा (प्रवाह पर सरल मेगावाट सीमा), साथ ही वोल्टेज और विद्युत स्थिरता  बाधाओं के अधीन हैं।

सिम्युलेटर को एसी संजाल में प्रवाह की गणना करनी चाहिए जो इकाई प्रतिबद्धता और जनरेटर मेगावाट प्रेषण के किसी भी संयोजन से उत्पन्न होती है, और यह सुनिश्चित करती है कि एसी लाइन प्रवाह थर्मल सीमा और वोल्टेज और स्थिरता बाधाओं दोनों के भीतर हो। इसमें आकस्मिकताएं सम्मिलित हो सकती हैं जैसे किसी एक संचरण या उत्पादन तत्व की हानि - एक तथाकथित सुरक्षा-बाधित इष्टतम शक्ति प्रवाह (SCOPF), और यदि इकाई प्रतिबद्धता इस ढांचे के भीतर अनुकूलित है, तो हमारे पास सुरक्षा-विवश इकाई प्रतिबद्धता (SCUC) है ).

इष्टतम शक्ति प्रवाह (ओपीएफ) में सामान्यीकृत स्केलर उद्देश्य को कम से कम किया जाता है:


 * $$ f(u_0, x_0) $$

जहां यू नियंत्रण चर का एक सेट है, एक्स स्वतंत्र चर का एक सेट है, और सबस्क्रिप्ट 0 इंगित करता है कि चर पूर्व-आकस्मिक शक्ति प्रणाली को संदर्भित करता है।

एससीओपीएफ समानता और असमानता की सीमाओं से बंधा है। समानता बाधा सीमाएँ पूर्व और पश्च आकस्मिकता शक्ति-प्रवाह समीकरणों द्वारा दी गई हैं, जहाँ k, k वें आकस्मिक मामले को संदर्भित करता है:


 * $$ g^k(u^k, x^k)=0 \qquad\text{for }k=1,2,\ldots,n \, $$

निम्नलिखित असमानताओं द्वारा उपकरण और संचालन सीमाएं दी गई हैं:


 * $$ U^k_{\min} \le U^k \le U^k_{\max} \, $$ नियंत्रणों पर कठिन बाधाओं का प्रतिनिधित्व करते हैं


 * $$ h^k_{\min} \le X^k \le X^k_{\max} \, $$ वेरिएबल्स पर हार्ड/सॉफ्ट बाधाओं का प्रतिनिधित्व करता है


 * $$ h^k(u^k, x^k) \le 0 \text{ for } k=0,1,\ldots,n \, $$ प्रतिक्रियाशील आरक्षित सीमा जैसी अन्य बाधाओं का प्रतिनिधित्व करता है

ओपीएफ में उद्देश्य कार्य सक्रिय या प्रतिक्रियाशील शक्ति मात्रा से संबंधित विभिन्न रूपों को ले सकता है जिन्हें हम कम या अधिकतम करना चाहते हैं। उदाहरण के लिए, हम प्रसारणनुकसान को कम करना चाहते हैं या बिजली संजाल पर वास्तविक बिजली उत्पादन लागत को कम करना चाहते हैं।

स्टोचैस्टिक ऑप्टिमाइज़ेशन जैसे अन्य शक्ति फ्लो समाधान विधियों में कुछ चरों के संभाव्यता वितरण का उपयोग करके मॉडलिंग शक्ति प्रणाली में अनिश्चितता सम्मिलित है जिनके सटीक मान ज्ञात नहीं हैं। जब बाधाओं में अनिश्चितता मौजूद होती है, जैसे गतिशील रेखा रेटिंग के लिए, मौका बाधित अनुकूलन का उपयोग किया जा सकता है जहां बाधा का उल्लंघन करने की संभावना एक निश्चित मूल्य तक सीमित होती है। मॉडल परिवर्तनशीलता के लिए एक अन्य तकनीक मोंटे कार्लो विधि  है, जिसमें इनपुट और परिणामी आउटपुट के विभिन्न संयोजनों को वास्तविक दुनिया में उनकी घटना की संभावना के आधार पर माना जाता है। इस पद्धति को प्रणाली सुरक्षा और यूनिट प्रतिबद्धता जोखिम के लिए अनुकरण पर लागू किया जा सकता है, और इसका अक्षय और/या वितरित उत्पादन के साथ संभाव्य लोड प्रवाह को मॉडल करने के लिए तेजी से उपयोग किया जा रहा है।

प्रतिस्पर्धी व्यवहार के मॉडल
विद्युत ऊर्जा का एक मेगावाट उत्पादन करने की लागत का एक कार्य है:
 * 1) ईंधन की कीमत
 * 2) उत्पादन दक्षता (वह दर जिस पर ईंधन में संभावित ऊर्जा विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित होती है)
 * 3) संचालन और रखरखाव लागत

इसके अलावा, उत्पादन संयंत्र में निश्चित लागतें सम्मिलित हैं:
 * 1) संयंत्र निर्माण लागत, और
 * 2) तय संचालन और रखरखाव लागत

सही प्रतिस्पर्धा मानते हुए, बिजली की बाजार आधारित कीमत विशुद्ध रूप से अगले मेगावाट बिजली के उत्पादन की लागत पर आधारित होगी, तथाकथित शॉर्ट-रन मार्जिनल कॉस्ट (SRMC)। हालांकि यह कीमत उत्पादन की निश्चित लागत को कवर करने के लिए पर्याप्त नहीं हो सकती है, और इस प्रकार बिजली बाजार की कीमतें शायद ही कभी पूरी तरह से एसआरएमसी मूल्य निर्धारण दिखाती हैं। अधिकांश स्थापित बिजली बाजारों में, जनरेटर अपनी पसंद की कीमतों पर अपनी उत्पादन क्षमता की पेशकश करने के लिए स्वतंत्र हैं। प्रतिस्पर्धा और वित्तीय अनुबंधों का उपयोग इन कीमतों को SRMC के करीब रखता है, लेकिन अनिवार्य रूप से SRMC से ऊपर की कीमतों की पेशकश होती है (उदाहरण के लिए 2001 के कैलिफोर्निया ऊर्जा संकट  के दौरान)।

विद्युत प्रणाली अनुकरण के संदर्भ में, विद्युत ऊर्जा बाजारों में अपूर्ण प्रतिस्पर्धा का अनुकरण करने के लिए कई तकनीकों को लागू किया गया है:
 * 1) Cournot प्रतियोगिता
 * 2) बर्ट्रेंड प्रतियोगिता
 * 3) आपूर्ति समारोह संतुलन
 * 4) अवशिष्ट आपूर्ति सूचकांक विश्लेषण

इस समस्या पर विभिन्न अनुमान भी लागू किए गए हैं। इसका उद्देश्य पूर्वानुमान आपूर्ति-मांग की स्थिति को देखते हुए बिजली बाजार की कीमतों का यथार्थवादी पूर्वानुमान प्रदान करना है।

दीर्घकालिक अनुकूलन
शक्ति प्रणाली दीर्घकालिक अनुकूलन उत्पादन, पारेषण और वितरण सुविधाओं के लिए बहु-वर्षीय विस्तार और सेवानिवृत्ति योजना को अनुकूलित करने पर केंद्रित है। अनुकूलन समस्या आम तौर पर लंबी अवधि के निवेश नकदी प्रवाह और ओपीएफ / यूसी (यूनिट प्रतिबद्धता) के सरलीकृत संस्करण पर विचार करेगी, यह सुनिश्चित करने के लिए कि बिजली व्यवस्था सुरक्षित और आर्थिक तरीके से संचालित होती है। इस क्षेत्र को इस प्रकार वर्गीकृत किया जा सकता है:


 * 1) पीढ़ी विस्तार अनुकूलन
 * 2) प्रसारणविस्तार अनुकूलन
 * 3) जनरेशन-प्रसारणविस्तार सह-अनुकूलन
 * 4) वितरण संजाल अनुकूलन

अध्ययन विनिर्देश
किसी भी परियोजना की सफलता के लिए एक अच्छी तरह से परिभाषित शक्ति प्रणाली अध्ययन की आवश्यकता महत्वपूर्ण है क्योंकि यह योग्य सेवा प्रदाता और सही विश्लेषण सॉफ्टवेयर के चयन की चुनौती को कम करेगा। प्रणाली अध्ययन विनिर्देश परियोजना के दायरे, विश्लेषण प्रकार और आवश्यक सुपुर्दगी का वर्णन करता है। अध्ययन विनिर्देश विशिष्ट परियोजना और उद्योग की आवश्यकताओं से मेल खाने के लिए लिखा जाना चाहिए और विश्लेषण के प्रकार के आधार पर अलग-अलग होगा।

शक्ति प्रणाली अनुकरण सॉफ्टवेयर
जनरल वैद्युत का एमएपीएस (मल्टी-एरिया प्रोडक्शन अनुकरण) एफईआरसी-विनियमित में प्रस्तावित विद्युत संचरण और उत्पादन सुविधाओं के आर्थिक प्रभाव की योजना बनाने के लिए संयुक्त राज्य अमेरिका में विभिन्न क्षेत्रीय प्रसारणसंगठन (उत्तरी अमेरिका) और स्वतंत्र प्रणाली ऑपरेटर ों द्वारा उपयोग किया जाने वाला एक उत्पादन अनुकरण मॉडल है। बिजली के थोक बाजार।     आरटीओ और आईएसओ क्षेत्रों के लिए थोक बिजली बाजारों के संचालन में मॉडल के अंशों का उपयोग प्रतिबद्धता और प्रेषण चरण (5 मिनट के अंतराल पर अद्यतन) के लिए भी किया जा सकता है। ABB का PROMOD एक ऐसा ही सॉफ्टवेयर पैकेज है। ये ISO और RTO क्षेत्र MARS (मल्टी-एरिया रिलायबिलिटी अनुकरण) नामक GE सॉफ़्टवेयर पैकेज का भी उपयोग करते हैं ताकि यह सुनिश्चित किया जा सके कि शक्ति प्रणाली विश्वसनीयता मानदंड (प्रति वर्ष 0.1 दिनों से अधिक नहीं की भार अपेक्षा (LOLE) की हानि) को पूरा करता है। इसके अलावा, पीएसएलएफ (पॉजिटिव सीक्वेंस लोड फ्लो) नामक एक जीई सॉफ्टवेयर पैकेज, पीएसएसई (इंजीनियरिंग के लिए शक्ति प्रणाली अनुकरण) नामक सीमेंस  सॉफ्टवेयर पैकेज के साथ-साथ पीएसएस सिंकल (सीमेंस संजाल कैलकुलेटर), और ऑपरेशन टेक्नोलॉजी इंक द्वारा  विद्युत क्षणिक विश्लेषक कार्यक्रम  (ईटीएपी). आरटीओ और आईएसओ द्वारा प्रारंभिक योजना अध्ययन के दौरान शॉर्ट-सर्किट और स्थिरता के लिए विद्युत प्रणाली पर भार प्रवाह का विश्लेषण करता है।