ເຄື່ອງປ່ຽນແປງທີ່ສ້າງເຄືອຂ່າຍ ແລະ ເຄື່ອງປ່ຽນແປງທີ່ຕາມເຄືອຂ່າຍ

ໃນລະບົບພະລັງງານທີ່ບໍ່ເຊື່ອມຕໍ່ກັບເຄືອຂ່າຍ (off-grid power system), ການເລືອກໃຊ້ເຄື່ອງປ່ຽນແປງທີ່ສ້າງເຄືອຂ່າຍ (grid-forming inverter) ຫຼື ເຄື່ອງປ່ຽນແປງທີ່ຕາມເຄືອຂ່າຍ (grid-following inverter) ບໍ່ແມ່ນເລື່ອງຂອງປະສິດທິພາບທີ່ແຕກຕ່າງກັນພຽງບໍ່ກີ່ເຖິງເປີເຊັນ. ມັນແມ່ນຄວາມແຕກຕ່າງລະຫວ່າງລະບົບທີ່ສາມາດສ້າງຄ່າຄວາມດັນໄດ້ ແລະ ລະບົບທີ່ບໍ່ສາມາດເລີ່ມຕົ້ນເຮັດວຽກໄດ້ເລີຍ. ຄວາມແຕກຕ່າງນີ້ເກີດຈາກຫຼັກການຄວບຄຸມພຽງອັນດຽວ: ແຫຼ່ງຈ່າຍຄ່າກະແສ (current source) ເທືອບກັບ ແຫຼ່ງຈ່າຍຄ່າຄວາມດັນ (voltage source)

ແຫຼ່ງຈ່າຍຄ່າກະແສ (Current Source) ເທືອບກັບ ແຫຼ່ງຈ່າຍຄ່າຄວາມດັນ (Voltage Source)

ເຄື່ອງປ່ຽນແປງທີ່ຕາມຮູບແບບຂອງເຄືອຂ່າຍເຮັດຫນ້າທີ່ເປັນແຫຼ່ງໄຟຟ້າທີ່ຄວບຄຸມໄດ້. ມັນໃຊ້ວິທີການລ໊ອກເຟສເພື່ອວັດແທກເຟສຂອງຄ່າຄວາມຕ້ານທີ່ມີຢູ່ແລ້ວ ແລະ ສົ່ງໄຟຟ້າເຂົ້າໄປໃນເວລາທີ່ເປັນຈັງຫວະດຽວກັນກັບເຟສອ້າງອີງນີ້. ມັນເປີດໃຊ້ຄ່າຄວາມຕ້ານ ແລະ ຄວາມຖີ່ທີ່ມີຢູ່ແລ້ວຈາກພາຍນອກທັງໝົດເພື່ອເຮັດວຽກ. ໃນສະພາບແວດລ້ອມທີ່ບໍ່ເຊື່ອມຕໍ່ກັບເຄືອຂ່າຍ, ບ່ອນທີ່ບໍ່ມີຄ່າອ້າງອີງດັ່ງກ່າວ, ເຄື່ອງປ່ຽນແປງທີ່ຕາມຮູບແບບຂອງເຄືອຂ່າຍຈະບໍ່ມີຫຍັງທີ່ຈະຕາມ.

ເຄື່ອງປ່ຽນແປງທີ່ປະກອບເຄືອຂ່າຍ, ໃນທາງກົງກັນຂ້າມ, ດຳເນີນການເປັນແຫຼ່ງຄ່າຄວາມຕ້ານ. ມັນສ້າງຄ່າຄວາມຕ້ານທີ່ມີເຟສເອງດ້ວຍຄ່າທີ່ກຳນົດໄວ້ໃນທ້ອງຖິ່ນ ແລະ ຄວາມຖີ່, ແລະ ແຫຼ່ງອື່ນໆ ແລະ ອຸປະກອນໃຊ້ໄຟຟ້າຈະເຂົ້າຈັງຫວະກັບຄ່າອ້າງອີງນີ້. ໃນຄວາມໝາຍນີ້, ພຶດຕິກຳຂອງມັນຄ້າຍຄືກັບເຄື່ອງຜະລິດໄຟຟ້າແບບຊິງໂຄຣນັດ: ມັນບໍ່ຕ້ອງລໍຄ່າເຄືອຂ່າຍທີ່ຈະມີຢູ່; ມັນສ້າງສະພາບການທີ່ຈະເຮັດໃຫ້ເຄືອຂ່າຍເກີດຂຶ້ນ.

ເປັນຫຍັງລະບົບທີ່ບໍ່ເຊື່ອມຕໍ່ກັບເຄືອຂ່າຍຈຶ່ງຕ້ອງການການຄວບຄຸມແບບປະກອບເຄືອຂ່າຍ

ໃນລະບົບໄມໂຄຣເກຣິດ ຫຼື ລະບົບທີ່ຖືກຕັດຈາກເຄືອຂ່າຍໄຟຟ້າທົ່ວໄປ (islanded system) ບໍ່ມີເຄືອຂ່າຍໄຟຟ້າທົ່ວໄປເພື່ອໃຫ້ຄ່າເຄື່ອງແທກຄ່າຄວາມດັນ ແລະ ຄວາມຖີ່ເປັນເຄື່ອງອ້າງ. ຖ້າລະບົບປ່ຽນແປງພະລັງງານ (PCS) ດຳເນີນງານໃນຮູບແບບ grid-following, ບໍ່ມີອຸປະກອນໃດໆໃນລະບົບທີ່ຮັບຜິດຊອບໃນການສ້າງຄ່າເຄື່ອງອ້າງດັ່ງກ່າວ. ສະນັ້ນ ໄມໂຄຣເກຣິດຈະບໍ່ສາມາດເລີ່ມຕົ້ນການດຳເນີນງານໄດ້. ນີ້ບໍ່ແມ່ນຂໍ້ຈຳກັດດ້ານປະສິດທິພາບທີ່ເກີດຂຶ້ນເປັນຄັ້ງຄາວເທົ່ານັ້ນ; ແຕ່ເປັນເງື່ອນໄຂທີ່ຈຳເປັນຕໍ່ການດຳເນີນງານ.

ຫຼັກການດຽວກັນນີ້ກໍຖືກນຳໃຊ້ເມື່ອເຊື່ອມຕໍ່ເຄື່ອງຈັກທີ່ໃຊ້ພະລັງງານສູງ. ເຄື່ອງຈັກປະເພດ induction motors ຈະດຶງໄຟຟ້າເຂົ້າມາໃນປະລິມານຫຼາຍຢ່າງຮຸນແຮງໃນເວລາເລີ່ມຕົ້ນການດຳເນີນງານ, ແລະ ປະລິມານໄຟຟ້າດັ່ງກ່າວອາດຈະເຮັດໃຫ້ລະບົບຄວບຄຸມຂອງ inverter ໃນໄມໂຄຣເກຣິດທີ່ຖືກຕັດຈາກເຄືອຂ່າຍໄຟຟ້າທົ່ວໄປເກີດຄວາມບໍ່ສະຖຽນ. inverter ທີ່ມີຄວາມສາມາດໃນການສ້າງເຄືອຂ່າຍ (grid-forming inverter) ຕ້ອງອະນຸຍາດໃຫ້ມີການຫຼຸດລົງຂອງຄ່າຄວາມດັນເປັນເວລາສັ້ນໆ ໃນຂອບເຂດທີ່ກຳນົດໄວ້ໃນ IEEE Std. 1547 ເພື່ອໃຫ້ຄົງທີ່ຄ່າຄວາມດັນ ແລະ ປ້ອງກັນການຕັດງານອັດຕະໂນມັດ.

ເຄື່ອງປ່ຽນແປງທີ່ຕາມຮູບແບບຂອງເຄືອຂ່າຍ (grid-following inverters) ບໍ່ມີຄວາມສາມາດນີ້ໃນສະພາບການທີ່ບໍ່ເຊື່ອມຕໍ່ກັບເຄືອຂ່າຍ (off-grid), ເນື່ອງຈາກວ່າມັນບໍ່ແມ່ນອຸປະກອນທີ່ສ້າງຄ່າຄວາມຕີ້ນ (voltage) ໃນເບື້ອງຕົ້ນ. ດັ່ງນັ້ນ, ໃນລະບົບໄມໂຄຣເຄືອຂ່າຍ (microgrids), ສະຖານທີ່ອຸດສາຫະກຳທີ່ເປັນເອກະລາດ (islanded industrial sites), ຫຼື ການຂຸດຄົ້ນບໍ່ແຮ່/ການປຸງແຕ່ງທີ່ຢູ່ຫ່າງไกล (remote mining or processing operations), ຄວາມສາມາດໃນການສ້າງເຄືອຂ່າຍ (grid-forming capability) ຈຶ່ງເປັນຄວາມຕ້ອງການພື້ນຖານ (baseline requirement), ບໍ່ແມ່ນການອັບເກຣດທີ່ເລືອກໄດ້.

ສິ່ງທີ່ຄວນຄົ້ນຫາໃນ PCS ທີ່ສາມາດສ້າງເຄືອຂ່າຍ (Grid-Forming PCS)

ຄວາມສາມາດທີ່ຈຳເປັນປະກອບດ້ວຍ: ການເລີ່ມຕົ້ນເຄື່ອງຈັກຈາກສະພາບທີ່ບໍ່ມີພະລັງງານ (black start), ການຕອບສະຫນອງຕໍ່ຄວາມເຄື່ອນໄຫວ (inertia response) ໃນເວລາທີ່ວັດແທກເປັນມີລິວິນາທີ (millisecond timescale), ການສະຫນອງປະຈຸບັນຂອງການສັ້ນຈົນ (short-circuit current contribution) ເພື່ອປ້ອງກັນການປ່ຽນແປງທີ່ເກີດຂື້ນເວລາເລີ່ມຕົ້ນເຄື່ອງຈັກ (motor-starting transients), ແລະ ການປ່ຽນຜ່ານຢ່າງລຽບລ້ອນລະຫວ່າງໂຫມດທີ່ເຊື່ອມຕໍ່ກັບເຄືອຂ່າຍ (grid-connected mode) ແລະ ໂຫມດທີ່ເປັນເອກະລາດ (islanded mode).

ຕົວຢ່າງທີ່ເປັນປະຈັກສະຫຼາດແມ່ນ PCS ທີ່ສາມາດສ້າງເຄືອຂ່າຍໄດ້ (grid-forming PCS) ທີ່ຖືກບູລະນາການເຂົ້າກັບຕົວເຮັດໃຫ້ເຄືອຂ່າຍເຂັ້ມແຂງ (step-up transformer) ເຊັ່ນ: ຜະລິດຕະພັນຂອງ Zhongmeng (Jiangsu Zhongmeng Electrical). ໜ່ວຍງານປະສົມຂອງ PCS ສາມາດສ້າງເຄືອຂ່າຍໄດ້ (grid-forming PCS boost integrated unit) ມີເວລາຕອບສະຫນອງທີ່ກຳນົດໄວ້ທີ່ 10 ມີລິວິນາທີ່ຫນ້ອຍກວ່າ ຫຼື ເທົ່າກັບ 10 ມີລິວິນາ, ແລະ ສາມາດເຮັດວຽກຢ່າງສະຖຽນທີ່ໃນສະພາບທີ່ອັດຕາສັດສ່ວນຂອງການລົ້ມເຫຼວ (SCR) ຕໍ່າກວ່າ 1.1, ເຊິ່ງເປັນຂອບເຂດທີ່ອຸປະກອນທີ່ຕິດຕາມເຄືອຂ່າຍ (grid-following equipment) ທົ່ວໄປມັກຈະບໍ່ສາມາດຮອງຮັບໄດ້.

ໜ່ວຍງານດັ່ງກ່າວຍັງມີຄຸນສົມບັດຕອບສະຫນອງຄວາມເຄື່ອນໄຫວ (inertia response), ການຄວບຄຸມການຫຼຸດລົງ (damping control), ການເຮັດວຽກຄູ່ song (multi-unit parallel operation), ການເລີ່ມຕົ້ນໂດຍບໍ່ມີເຄືອຂ່າຍ (black start), ແລະ ຄວາມຕ້ານທານຕໍ່ການປ່ຽນແປງມຸມເຟສ (phase-angle jump tolerance), ພ້ອມທັງມີປະສິດທິຜົນໃນການປ່ຽນແປງທີ່ເທົ່າກັບ ຫຼື ສູງກວ່າ 98.5%. ຂໍ້ກຳນົດເຫຼົ່ານີ້ມີຄວາມສຳຄັນບໍ່ແມ່ນເພື່ອການຕະຫຼາດເທົ່ານັ້ນ, ແຕ່ເນື່ອງຈາກວ່າມັນສອດຄ່ອງໂດຍກົງກັບສະພາບການທີ່ເຮັດວຽກອອກຈາກເຄືອຂ່າຍ (off-grid conditions) ທີ່ກ່າວມາຂ້າງເທິງ.

ບັນຊີການເລືອກສັ້ນ

ກ່ອນທີ່ຈະກຳນົດ PCS ສຳລັບໂຄງການທີ່ເຮັດວຽກອອກຈາກເຄືອຂ່າຍ (off-grid project), ມີສີ່ຄຳຖາມທີ່ຄວນຖາມ.

1. ໂຄງການນີ້ມີການເຮັດວຽກໃນຮູບແບບ islanded ຈິງບໍ? ຖ້າແມ່ນ, ການຄວບຄຸມການສ້າງເຄືອຂ່າຍ (grid-forming control) ແມ່ນເງື່ອນໄຂທີ່ຈຳເປັນ.

2. PCS ນີ້ສາມາດເລີ່ມຕົ້ນໂດຍບໍ່ມີເຄືອຂ່າຍ (black start) ແລະ ສ້າງຄ່າຄວາມຕ້ານ (voltage) ໃນບັດເຊີ (bus) ທີ່ບໍ່ມີພະລັງງານໄດ້ຫຼືບໍ?

3. ເວລາຕອບສະຫນອງຄວາມເຄື່ອນໄຫວແມ່ນຫຍັງ, ແລະ ມັນຖືກກຳນົດເປັນມີລິຊີຄອນດ໌ ຫຼື ວິນາທີ?

4. ຫນ່ວຍງານນີ້ສາມາດປະຕິບັດໄດ້ໂດຍບໍ່ຕັດໄຟເມື່ອມີການໄຫຼເຂົ້າຂອງແຮງດັນຈາກເຄື່ອງຈັກບໍ?

ຖ້າຄຳຕອບໃດໆເຫຼົ່ານີ້ບໍ່ຊັດເຈນ, ໂหมดການຄວບຄຸມຍັງບໍ່ໄດ້ຖືກຢືນຢັນຢ່າງເຕັມທີ່.

ສະຖານະການທີ່ນຳໃຊ້

ເຄື່ອງປ່ຽນແປງທີ່ສາມາດສ້າງເຄືອຂ່າຍ (grid-forming inverter) ມິໄດ້ເປັນເຄື່ອງປ່ຽນແປງທີ່ດີກວ່າເຄື່ອງປ່ຽນແປງທີ່ຕາມເຄືອຂ່າຍ (grid-following inverter). ມັນເປັນອຸປະກອນທີ່ຢູ່ໃນປະເພດທີ່ແຕກຕ່າງກັນ ແລະ ເໝາະສົມກັບສະພາບເຄືອຂ່າຍທີ່ແຕກຕ່າງກັນ. ໃນລະບົບທີ່ບໍ່ເຊື່ອມຕໍ່ກັບເຄືອຂ່າຍ (off-grid systems), ການເລືອກເອົາສະຖາປັດຕະຍາການຄວບຄຸມທີ່ຖືກຕ້ອງຈະສຳຄັນກວ່າການເປີຽບเทີຍບອັດຕາກຳລັງ.

ຖາມບ່ອຍໆ

ຄຳຖາມ: ຄວາມແຕກຕ່າງທີ່ສຳຄັນລະຫວ່າງເຄື່ອງປ່ຽນແປງທີ່ສາມາດສ້າງເຄືອຂ່າຍ (grid-forming) ແລະ ເຄື່ອງປ່ຽນແປງທີ່ຕາມເຄືອຂ່າຍ (grid-following) ແມ່ນຫຍັງ?

ຄຳຕອບ: ເຄື່ອງປ່ຽນແປງທີ່ສາມາດສ້າງເຄືອຂ່າຍເຮັດໜ້າທີ່ເປັນແຫຼ່ງຄ່າຄວາມດັນ (voltage source) ທີ່ສ້າງເອກະສານອ້າງອີງຂອງຕົນເອງ; ເຄື່ອງປ່ຽນແປງທີ່ຕາມເຄືອຂ່າຍເຮັດໜ້າທີ່ເປັນແຫຼ່ງຄ່າປະຈຸບັນ (current source) ທີ່ຕ້ອງການຄ່າຄວາມດັນທີ່ມີຢູ່ແລ້ວເພື່ອຕາມ.

ຄຳຖາມ: ເຄື່ອງປ່ຽນແປງທີ່ຕາມເຄືອຂ່າຍ (grid-following inverter) ສາມາດເຮັດວຽກໃນລະບົບທີ່ບໍ່ເຊື່ອມຕໍ່ກັບເຄືອຂ່າຍ (off-grid system) ໄດ້ຫຼືບໍ?

ຄຳຕອບ: ບໍ່ໄດ້. ໂດຍບໍ່ມີຄ່າຄວາມດັນອ້າງອີງຈາກພາຍນອກ, ເຄື່ອງປ່ຽນແປງທີ່ຕາມເຄືອຂ່າຍຈະບໍ່ມີສັນຍານໃດໆທີ່ຈະຊ່ວຍໃຫ້ມັນເຊື່ອມຕໍ່ກັບລະບົບ ແລະ ຈະບໍ່ສາມາດເລີ່ມຕົ້ນການເຮັດວຽກໄດ້.

ຄຳຖາມ: ຄວາມສາມາດໃນການເລີ່ມຕົ້ນລະບົບຈາກສະພາບທີ່ບໍ່ມີພະລັງງານ (black start capability) ແມ່ນຫຍັງ?

ຄຳຕອບ: ຄວາມສາມາດໃນການຈ່າຍພະລັງງານໃຫ້ແຖວທີ່ບໍ່ມີພະລັງງານ (de-energized bus) ແລະ ຕັ້ງຄ່າຄວາມດັນຂຶ້ນໂດຍບໍ່ຕ້ອງອີງໃສ່ແຫຼ່ງພະລັງງານພາຍນອກ.

ຄຳຖາມ: ເຫດໃດທີ່ເວລາຕອບສະຫນອງຈຶ່ງສຳຄັນສຳລັບ PCS ທີ່ບໍ່ເຊື່ອມຕໍ່ກັບເຄືອຂ່າຍ?

ຄຳຕອບ: ເວລາຕອບສະຫນອງທີ່ໄວ (10 ມີລິວິນາທີ ຫຼື ໜ້ອຍກວ່າ) ສາມາດຮັບປະກັນຄວາມສະຖຽນຂອງຄ່າຄວາມຕ້ານໄຟຟ້າໃນເວລາທີ່ມີການປ່ຽນແປງພາກພື້ນການໃຊ້ພະລັງງານຢ່າງທັນທີ ແລະ ໃນເວລາທີ່ເລີ່ມເຄື່ອງຈັກໃນລະບົບທີ່ເປັນເອກະລາດ.

ຄຳຖາມ: SCR ຕ່ຳກວ່າ 1.1 ໝາຍຄວາມວ່າແນວໃດສຳລັບ PCS?

ຄຳຕອບ: ມັນສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າ PCS ສາມາດຮັກສາການເຮັດວຽກທີ່ສະຖຽນໃນສະພາບເຄືອຂ່າຍທີ່ອ່ອນແອ ເຊິ່ງອັດຕາສ່ວນຂອງການລົດຕ່ຳມີຄ່າຕ່ຳຫຼາຍ.