जड़त्वीय प्रतिक्रिया

जड़त्वीय प्रतिक्रिया बड़े तुल्यकालिक जनित्र की एक संपत्ति है, जिसमें बड़े तुल्यकालिक घूर्णन द्रव्यमान होते हैं, और जो विद्युत आपूर्ति और विद्युत शक्ति प्रणालियों की मांग के बीच किसी भी तत्काल असंतुलन को दूर करने के लिए कार्य करता है, आमतौर पर विद्युत् वितरण तंत्र (ग्रिड)। यांत्रिक बिजली की आपूर्ति और विद्युत शक्ति की मांग के बीच कभी मौजूद बिजली असंतुलन के कारण विद्युत् वितरण तंत्र में सभी तुल्यकालिक जनित्र में घूर्णन द्रव्यमान की घूर्णी आवृत्ति या तो गति बढ़ाती है और इस प्रकार अतिरिक्त बिजली की आपूर्ति के मामले में अतिरिक्त बिजली को अवशोषित करती है, या धीमी हो जाती है और अतिरिक्त बिजली की मांग के मामले में अतिरिक्त बिजली प्रदान करती है। एक तुल्यकालिक जनित्र की स्थिति में यह प्रतिक्रिया अभिकल्पना में अंतर्निहित है और बिना किसी बाहरी हस्तक्षेप या समन्वय के होती है, स्वचालित उत्पादन नियंत्रण और विद्युत् वितरण तंत्र संचालक को प्रणाली को पुनर्संतुलित करने के लिए मूल्यवान समय (कुछ सेकंड) प्रदान करता है। विद्युत् वितरण तंत्र आवृत्ति विद्युत् वितरण तंत्र में सभी अलग-अलग तुल्यकालिक घूर्णक के विस्तृत गतियों का संयुक्त परिणाम है, जो गति के एक सामान्य समीकरण द्वारा तैयार किए जाते हैं जिसे स्विंग समीकरण कहा जाता है।

अमेरिकी बिजली प्रणालियों में, विद्युत् वितरण तंत्र संचालक को आवृत्ति को एक तंग सीमा के भीतर रखना अनिवार्य है, और यदि उत्तर अमेरिकी विद्युत विश्वसनीयता निगम द्वारा निगरानी एक गैर-अनुपालन का पता लगाती है, तो वह वित्तीय रूप से जिम्मेदार हो सकता है। इसके अलावा, उपकरण की सुरक्षा के लिए, भार का एक हिस्सा वियोजित कर दिया जाएगा ("अंडरफ्रीक्वेंसी लोड शेडिंग", यूएफएलएस) यदि आवृत्ति एक सीमा से कम हो जाती है (अधिकांश अमेरिका में 59.5 हर्ट्ज, टेक्सास में 59.3 हर्ट्ज)। जब एक अप्रत्याशित आपूर्ति व्यवधान होता है (उदाहरण के लिए, एक जनित्र विफलता), प्राथमिक आवृत्ति प्रतिक्रिया स्वचालित रूप से शुरू होती है - एक संवेदक कम आवृत्ति का पता लगाता है और तदनुसार प्राइम मूवर की शक्ति को समायोजित करता है। एक विशिष्ट तुल्यकालिक जनित्र के लिए, इस समायोजन में यांत्रिक उपकरणों (वाल्व, आदि) का हेरफेर शामिल है और इस प्रकार समय लगता है। इस समय के दौरान, आवृत्ति में कमी को धीमा करने के लिए विद्युत् वितरण तंत्र को संचित जड़ता पर निर्भर रहना पड़ता है।

तुल्यकालिक जनित्र
जड़ता को शक्ति-समय उत्पाद इकाइयों (कहते हैं, गीगावाट-सेकंड) में मापा जा सकता है, लेकिन प्रायः जनित्र के "आकार" (नाममात्र विद्युत शक्ति) के लिए सामान्यीकृत होता है और इस प्रकार इसे समय की इकाइयों में वर्णित किया जा सकता है (तथाकथित जनित्र जड़ता स्थिरांक)। तेजी से घूमने वाले जनित्र अधिक गतिज ऊर्जा (घूर्णी आवृत्ति के वर्ग के आनुपातिक) को संग्रहीत कर सकते हैं, लेकिन आम तौर पर हल्के होते हैं और इस प्रकार तेजी से घटते हैं, जिससे धीमी और भारी यंत्र की तुलना में अधिक शक्ति को प्रतिक्रिया ("फ्रंट-लोडिंग") में जल्दी इंजेक्ट किया जा सकता है; विद्युत् वितरण तंत्र के कुछ हिस्सों के बीच बातचीत के कारण यह आवश्यक रूप से बेहतर नहीं है जो "उछाल" और अस्थिरता का कारण बन सकता है। विशिष्ट बिजली संयंत्रों में 2 सेकंड (जलविद्युत) से 7 सेकंड (गैस टर्बाइन) तक जड़ता स्थिर मान होते हैं। चूँकि घूर्णी गति और इस प्रकार एक तुल्यकालिक जनित्र की गतिज ऊर्जा वर्तमान शक्ति स्तर पर निर्भर नहीं करती है, समग्र विद्युत् वितरण तंत्र की जड़ता चल रहे जनित्र के जड़त्व स्थिरांक से संबंधित है; कम बिजली की मांग के समय (जैसे, रात में) कम जनित्र चल सकते हैं, और इस प्रकार एक समान आकस्मिकता से निपटना कठिन हो सकता है।

लोड
विद्युत भार में जड़ता जैसी गुणवत्ता हो सकती है। उदाहरण के लिए, ठेठ औद्योगिक विद्युत मोटर्स कम आवृत्तियों पर कम बिजली की खपत करते हैं, सिस्टम में एक छोटी, लेकिन ध्यान देने योग्य जड़ता जोड़ते हैं, यह प्रभाव आधुनिक और कुशल चर-गति नियंत्रणों पर स्विच करने के कारण कम हो रहा है, जिनकी जड़ता जैसी प्रतिक्रिया बहुत कम है।

यूएलएफएस लोड को डिस्कनेक्ट कर देता है जिससे बिजली की मांग कम हो जाती है और इस प्रकार आवृत्ति में कमी धीमी हो जाती है, जो जड़ता की मात्रा को बढ़ाने के बराबर का प्रतिनिधित्व करती है।

परिवर्तनीय पीढ़ी
21 वीं सदी तक, प्राथमिक आवृत्ति प्रतिक्रिया के संयोजन में पारंपरिक जड़ता को यूएस इलेक्ट्रिक ग्रिड की लक्ष्य विश्वसनीयता तक पहुंचने के लिए पर्याप्त माना जाता था। परिवर्तनीय नवीकरणीय ऊर्जा (वीआरई) की उच्च पैठ ने नई चुनौतियों का निर्माण किया:
 * हवा रात में अधिक होती है, इसलिए कम मांग के प्रभाव - और इस प्रकार ऑनलाइन सिंक्रोनस जेनरेटर की छोटी मात्रा - बढ़ जाती है;
 * एक VRE जनरेटर में आमतौर पर या तो घूर्णी द्रव्यमान (सौर) नहीं होता है, या इसका डिज़ाइन इलेक्ट्रोमैकेनिकल रूप से इसे बाकी ग्रिड के साथ नहीं जोड़ता है। एक विशिष्ट VRE जनरेटर एक पलटनेवाला  के माध्यम से ग्रिड से जुड़ा होता है (इस प्रकार इन जनरेटर को आमतौर पर इन्वर्टर-आधारित संसाधन कहा जाता है) और इसलिए सिस्टम में उसी तरह से जड़ता का योगदान करने में असमर्थ है जैसे कि सिंक्रोनस जनरेटर करता है।

पारंपरिक जड़ता के विकल्प इसलिए लागू होते हैं, और 2020 के दशक तक टेक्सास (ERCOT) ने संयुक्त राज्य अमेरिका में अपनी उच्च पवन ऊर्जा पैठ (पूर्वी अंतर्संबंध, WI से लगभग दोगुना) और इसके अपेक्षाकृत छोटे आकार के कारण इसका नेतृत्व किया। वहां आकस्मिकताएं प्रतिशत के लिहाज से बड़ी हैं (डब्ल्यूआई के लिए 2.6% और पूर्वी इंटरकनेक्शन के लिए 1.3% की तुलना में एक विफलता औसत भार के 6.4% के बराबर बिजली ले सकती है)।

जड़त्व में गिरावट को संबोधित करते हुए
कम जड़ता के वातावरण में लालच की विश्वसनीयता बनाए रखने के लिए निम्नलिखित क्रूर-बल साधनों का उपयोग किया जाता है:
 * सिंक्रोनस जेनरेटर के मालिकों को अपनी इकाइयों को संचालित करने या इन्वर्टर-आधारित संसाधनों के उपयोग को कम करने के लिए मजबूर करके जड़ता स्तर से ऊपर रखना। विशुद्ध रूप से आर्थिक दृष्टिकोण से यह केवल एक अस्थायी उपाय हो सकता है;
 * कम पारंपरिक नवीकरणीय जनरेटर का उपयोग करना जिसमें जड़ता होती है (सौर ऊर्जा, बायोमास शक्ति को केंद्रित करना);
 * तुल्यकालिक कंडेनसर के घूर्णी द्रव्यमान का उपयोग करना (चर्चा के दौरान यह विकल्प, 2020 तक ग्रिड पैमाने पर आजमाया नहीं गया था);
 * विशिष्ट 59.5 हर्ट्ज की तुलना में अधिक आवृत्ति विचलन की अनुमति देता है (टेक्सास आवृत्ति को 59.3 हर्ट्ज तक कम करने की अनुमति देता है, इससे भी छोटा क्यूबेक इंटरकनेक्शन - 58.5 हर्ट्ज तक);
 * ऐसे गैर-महत्वपूर्ण भार को फिट करना जो स्वचालित रिले के साथ संक्षिप्त वियोग (जैसे, औद्योगिक शीतलन संयंत्र) को सहन कर सकते हैं जो पूर्व निर्धारित आवृत्ति सीमा पर लोड को बहाते हैं। टेक्सास में, यह हवा के प्रवेश को बढ़ाने के लिए चुने गए मुख्य मार्गों में से एक था;
 * ग्राहकों को अन्य सहायक सेवाओं की तरह, एक बाजार तंत्र (ERCOT द्वारा भी उपयोग किया जाने वाला एक दृष्टिकोण) के माध्यम से आवृत्ति प्रतिक्रिया के लिए भुगतान करना।

तेज़ आवृत्ति प्रतिक्रिया
लोड का वियोग बहुत जल्दी किया जा सकता है (आवृत्ति माप सहित आधा सेकंड)। इन्वर्टर-आधारित संसाधन (IBR), यदि पूरी उपलब्ध शक्ति पर नहीं चल रहे हैं, तो उन्हें बहुत तेज़ी से रैंप किया जा सकता है (हवा के लिए 25% प्रति सेकंड, फोटोवोल्टिक के लिए 100% प्रति सेकंड), एक पवन टरबाइन से सीमित मात्रा में गतिज ऊर्जा निकाली जा सकती है, जो इसकी क्षमता का अतिरिक्त 10% लगभग आधा सेकंड (आधे सेकंड की देरी के बाद) प्रदान करती है। इसके अलावा, वह समय जब बहुत सारी अतिरिक्त IBR क्षमता उपलब्ध होती है, उस समय के साथ मेल खाती है जब कई तुल्यकालिक जनरेटर ऑफ़लाइन होने के कारण पारंपरिक जड़ता सबसे कम होती है। नई तकनीक के ये लाभ तेजी से आवृत्ति प्रतिक्रिया (एफएफआर) के कार्यान्वयन की अनुमति देते हैं - आईबीआर के प्रेषण का उपयोग करके आवृत्ति नियंत्रण और जड़ता जैसी प्रतिक्रिया समय प्राप्त करने के लिए लोड डिस्कनेक्ट, इस प्रकार एफएफआर के लिए वैकल्पिक नाम, सिंथेटिक जड़ता (Eriksson et al. उन इकाइयों के लिए सिंथेटिक जड़ता शब्द का उपयोग करने का प्रस्ताव करता है जो आवृत्ति के परिवर्तन की दर के अनुपात में प्रतिक्रिया करते हैं और उन इकाइयों के लिए FFR आरक्षित करते हैं जो अपर्याप्त जड़ता के प्रभावों पर प्रतिक्रिया करते हैं, जैसे आवृत्ति विचलन). बैटरी भंडारण पावर स्टेशन | ग्रिड-स्केल बैटरी भी 100% प्रति सेकंड की रैंप दर के साथ FFR में भाग ले सकती हैं।

पवन ऊर्जा के साथ शक्ति संतुलन का अनुकरण
जब ग्रिड फ्रीक्वेंसी बहुत अधिक या बहुत कम होती है, तो उच्च वोल्टेज प्रत्यक्ष वर्तमान लिंक के माध्यम से सक्रिय बिजली का प्रवाह नीचे या ऊपर हो जाएगा। बदले में, पवन चक्की पिच नियंत्रण के माध्यम से कैप्चर की गई पवन ऊर्जा को कम करने या बढ़ाने के लिए ब्लेड की पिच  को बढ़ा या घटा देगा।

स्रोत
श्रेणी:विद्युत शक्ति नियंत्रण