วิธีการเลือกหม้อแปลงไฟฟ้าสำหรับโครงการไมโครกริด

การเลือกหม้อแปลงสำหรับไมโครกริดแตกต่างจากโครงการจ่ายไฟทั่วไป เนื่องจากต้องรองรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลัง เช่น แผงเซลล์แสงอาทิตย์ (PV) ระบบเก็บพลังงาน และสถานีชาร์จรถยนต์ไฟฟ้า (EV chargers) ซึ่งมีการไหลของกำลังไฟฟ้าสองทิศทางและสร้างฮาร์โมนิกส์มากกว่าปกติ หากหม้อแปลงมีขนาดเล็กเกินไป อาจเกิดภาวะโหลดเกินจนทำให้ตัดวงจรได้ แต่หากมีขนาดใหญ่เกินไป จะทำงานภายใต้โหลดเบาเป็นเวลานาน ส่งผลให้สูญเสียพลังงานขณะไม่มีโหลด (no-load losses) เพิ่มขึ้น ทำให้ค่าใช้จ่ายด้านไฟฟ้าสูงขึ้น หัวข้อต่อไปนี้ 6 ข้อ อธิบายหลักการในการเลือกหม้อแปลง

1. ความจุ: คำนวณภาระโหลดก่อน แล้วจึงพิจารณาการขยายระบบในอนาคต

อย่ารวมกำลังไฟฟ้าตามแผ่นป้ายชื่อ (nameplate power) ของอุปกรณ์ทั้งหมดเข้าด้วยกันแบบง่าย ๆ สูตรที่นิยมใช้คือ

ภาระโหลดที่คำนวณได้ = กำลังไฟฟ้าติดตั้งรวมทั้งหมด

× ปัจจัยการใช้งานพร้อมกัน ÷ ค่าเพาเวอร์แฟกเตอร์

ปัจจัยการใช้งานพร้อมกันมักมีค่าเท่ากับ 0.5–0.7สำหรับอาคารโรงงานทั่วไป 0.6–0.7สำหรับสถานีชาร์จรถยนต์ส่วนบุคคล 0.75–0.85สำหรับสถานีชาร์จเร็วสำหรับรถบรรทุกหนัก ค่าเพาเวอร์แฟกเตอร์มักกำหนดไว้ที่ 0.9 หลังจากคำนวณค่าภาระโหลดได้แล้ว ให้ปัดขึ้นเป็นค่าความจุมาตรฐานที่มีจำหน่าย และจัดเตรียมส่วนสำรองสำหรับการขยายระบบ 10%–20% เพื่อรองรับเสาชาร์จเพิ่มเติม โมดูล PV หรือภาระโหลดใหม่ในอนาคต

มาตรฐานการออกแบบไมโครกริดยังระบุว่า ความจุของหม้อแปลงสามารถเลือกได้ตาม กำลังไฟฟ้าสูงสุดที่แลกเปลี่ยนได้อย่างต่อเนื่อง ระหว่างไมโครกริดกับระบบกริดภายนอก และควรให้ความสำคัญกับหม้อแปลงที่ระบายความร้อนด้วยตนเองและสูญเสียพลังงานต่ำ

ค่าความจุทั่วไปสามารถใช้เป็นข้อมูลอ้างอิงเบื้องต้นได้: 630 กิโลโวลต์-แอมแปร์ สำหรับแผงโซลาร์เซลล์แบบกระจายขนาดเล็ก สถานีชาร์จจำนวนไม่มาก และโหลดจำกัด 800 kVA สำหรับระบบรวมพลังงานแสงอาทิตย์-เก็บพลังงาน-ชาร์จในระดับสวนอุตสาหกรรม สถานีชาร์จขนาดกลาง และระบบพลังงานแสงอาทิตย์แบบรวมศูนย์แบบดั้งเดิม 1250 กิโลโวลต์แอมแปร์ สำหรับการชาร์จแบบเร็วพิเศษสำหรับรถบรรทุกหนัก แผงโซลาร์เซลล์ขนาดใหญ่ หรือจุดเชื่อมต่อที่มีแผนขยายอย่างชัดเจน ควรออกแบบให้โหลดระยะยาวอยู่ที่ร้อยละ 70–85 โดยหลีกเลี่ยงการใช้งานที่เต็มโหลดเป็นเวลานาน หรือการใช้งานต่ำกว่าร้อยละ 50 เป็นเวลานาน

2. แรงดันไฟฟ้าและความถี่: ต้องสอดคล้องกับระบบกริดและอุปกรณ์ฝั่งแหล่งจ่าย

ระดับแรงดันไฟฟ้าขึ้นอยู่กับ เงื่อนไขการเชื่อมต่อกับระบบกริด ด้านหนึ่ง และ พารามิเตอร์ขาออกของอินเวอร์เตอร์พลังงานแสงอาทิตย์ อุปกรณ์แปลงพลังงานสำหรับระบบเก็บพลังงาน และที่ชาร์จ อยู่อีกด้านหนึ่ง

การตั้งค่าทั่วไปคือ 10 kV ด้านแรงดันสูง 0.4 กิโลโวลต์ (380 โวลต์) ด้านแรงดันต่ำ และ 50 hz หากอุปกรณ์แปลงพลังงานสำหรับระบบเก็บพลังงานมีแรงดันขาออกที่ 0.69 กิโลโวลต์ ควรเลือกแรงดันด้านต่ำที่ 0.69 กิโลโวลต์ แทนที่จะบังคับใช้ค่ามาตรฐานที่ 0.4 กิโลโวลต์ สำหรับกลุ่มเวกเตอร์ Dyn11 มักใช้กับหม้อแปลงไฟฟ้าสำหรับจ่ายไฟแบบ 10 กิโลโวลต์/0.4 กิโลโวลต์ เนื่องจากสามารถลดฮาร์โมนิกอันดับที่สามได้ดี และรองรับโหลดไม่สมดุลได้ดีกว่า ซึ่งเหมาะกับไมโครกริดที่มีแหล่งกำเนิดฮาร์โมนิกจำนวนมาก

3. แบบจุ่มในน้ำมัน หรือแบบแห้ง: ตรวจสอบเงื่อนไขการป้องกันอัคคีภัยเป็นลำดับแรก

นี่คือประเด็นด้านความสอดคล้องกับข้อกำหนดเป็นอันดับแรก จากนั้นจึงเป็นประเด็นด้านต้นทุนและประสิทธิภาพ จากนั้นจึงเป็นประเด็นด้านต้นทุนและประสิทธิภาพ

หม้อแปลงแบบแห้ง

ไม่มีน้ำมัน ทนไฟ และกันระเบิด จึงเหมาะสำหรับ สถานที่ภายในอาคาร ชั้นใต้ดิน สถานที่ที่มีผู้คนหนาแน่น หรือสถานที่ที่มีการตรวจสอบด้านการป้องกันอัคคีภัยอย่างเข้มงวด เช่น ศูนย์การค้า โรงพยาบาล ศูนย์ข้อมูล และสถานีชาร์จไฟฟ้าใต้ดิน ต้นทุนเริ่มต้นของอุปกรณ์ประเภทนี้มักสูงกว่าหม้อแปลงแบบจุ่มน้ำมันที่มีกำลังเท่ากัน 20%–30% แต่สำหรับโครงการติดตั้งภายในอาคาร การปฏิบัติตามข้อกำหนดด้านการป้องกันอัคคีภัยถือเป็นข้อบังคับที่จำเป็น

หม้อแปลงไฟฟ้าชนิดแช่ในน้ำมัน

ให้ผลตอบแทนคุ้มค่า มีประสิทธิภาพในการระบายความร้อนดีเยี่ยม และสามารถรองรับโหลดเกินได้อย่างแข็งแกร่ง สามารถทำงานภายใต้โหลด 120% ได้นานหลายชั่วโมงโดยไม่ตัดวงจร จึงเหมาะสำหรับ สถานีอิสระกลางแจ้ง พื้นที่เปิดโล่ง และ สถานที่ที่มีข้อกำหนดด้านการป้องกันอัคคีภัยที่ไม่เข้มงวดมากนัก เช่น โรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ติดตั้งบนพื้นดิน สถานีชาร์จไฟฟ้ากลางแจ้ง และสถานีเพิ่มกำลังระบบกักเก็บพลังงานแบบอิสระ รุ่นที่มีประสิทธิภาพพลังงานระดับ 1 เช่น S22 มีการสูญเสียพลังงานขณะไม่โหลดต่ำ จึงมีข้อได้เปรียบด้านต้นทุนการดำเนินงานในระยะยาว

สรุป: แบบแห้งสำหรับสถานที่ภายในอาคารที่มีผู้คนหนาแน่น แบบจุ่มน้ำมันสำหรับพื้นที่กลางแจ้งที่เปิดโล่ง .

4. การสูญเสีย พลังงาน ความร้อนที่เพิ่มขึ้น และแรงดันอิมพีแดนซ์: พิจารณาต้นทุนในระยะยาว

หม้อแปลงไมโครกริดมักทำงานต่อเนื่องเป็นเวลานาน ดังนั้นการสูญเสียขณะไม่มีโหลดและการสูญเสียขณะมีโหลดจึงส่งผลโดยตรงต่อผลตอบแทนของโครงการ จึงจำเป็นต้องกำหนดให้ผลิตภัณฑ์สอดคล้องตาม GB 20052 และให้ความสำคัญกับประสิทธิภาพพลังงานระดับเกรด 1 เป็นพิเศษ ตัวอย่างเช่น หม้อแปลงแบบแห้ง (dry-type) ขนาด 1000 kVA ที่มีประสิทธิภาพระดับเกรด 1 สามารถลดการสูญเสียขณะไม่มีโหลดได้ประมาณ 30% เมื่อเทียบกับหน่วยที่มีประสิทธิภาพระดับเกรด 2 ต้นทุนอุปกรณ์เพิ่มเติมมักคืนทุนได้ภายใน 3–5 ปี จากการประหยัดค่าไฟฟ้า

แรงดันอิมพีแดนซ์ สำหรับหม้อแปลงจ่ายไฟแบบทั่วไป มักอยู่ที่ 4%–6%. หากใช้หม้อแปลงหลายเครื่องทำงานแบบขนานกัน ความแตกต่างของแรงดันอิมพีแดนซ์ไม่ควรเกิน 10% ขีดจำกัดความร้อนที่เพิ่มขึ้นต้องสอดคล้องตามมาตรฐาน GB 1094.2 โดยทั่วไป ความร้อนที่เพิ่มขึ้นของขดลวดไม่ควรเกิน 65 K ในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูงหรือปิดล้อม จำเป็นต้องตรวจสอบการระบายความร้อนเป็นกรณีพิเศษ

5. การจับคู่กับอินเวอร์เตอร์พลังงานแสงอาทิตย์ (PV Inverters) และระบบควบคุมพลังงานจากแบตเตอรี่ (Energy Storage PCS)

หม้อแปลงจ่ายไฟแบบทั่วไปมีการไหลของกำลังไฟฟ้าแบบทิศทางเดียว แต่หม้อแปลงไมโครกริดต้องเผชิญกับปัญหาเพิ่มเติมสามประการ:

ข้อแรก คือ การไหลของพลังงานแบบสองทิศทาง ทิศทางของกระแสไฟฟ้าอาจเปลี่ยนไปหลายสิบหรือหลายร้อยครั้งต่อวันระหว่างการชาร์จและการคายประจุ ดังนั้นความแข็งแรงของขดลวดจึงต้องคำนึงถึงแรงกระแทกที่เกิดขึ้นซ้ำๆ ทั้งในทิศทางไปข้างหน้าและย้อนกลับ ไม่ใช่เพียงแค่มาตรฐานการกระจายโหลดแบบทิศทางเดียวทั่วไปเท่านั้น

ข้อที่สอง คือ ความสามารถในการรองรับฮาร์โมนิก อินเวอร์เตอร์พลังงานแสงอาทิตย์และอุปกรณ์ควบคุมระบบเก็บพลังงาน (PCS) สร้างฮาร์โมนิกอันดับที่ 3, 5 และ 7 ซึ่งก่อให้เกิดการสูญเสียพลังงานเพิ่มเติมในขดลวดและภาวะร้อนสะสมบริเวณท้องถิ่น ดัชนี K-factor ของหม้อแปลงจึงควรมีค่าไม่ต่ำกว่า K4 ; ในสถานการณ์ที่มีการสลับสัญญาณความถี่สูง อาจจำเป็นต้องใช้ K13 ค่าความต้านทานเมื่อเกิดลัดวงจรควรประสานงานร่วมกับผู้ผลิต PCS และอินเวอร์เตอร์เพื่อหลีกเลี่ยงปรากฏการณ์เรโซแนนซ์

ข้อที่สาม คือ ต้องมีระยะสำรองสำหรับการโหลดเกินสำหรับระบบเก็บพลังงาน หม้อแปลงสำหรับระบบเก็บพลังงานมักออกแบบมาให้สามารถคายประจุอย่างต่อเนื่องได้นาน 1 ชั่วโมง ดังนั้นความสามารถในการรับโหลดเกินในช่วงเวลาสั้นๆ จึงควรมีระยะสำรองเพียงพอ ไม่ควรกำหนดขนาดตามกำลังไฟฟ้าที่ระบุไว้ของ PCS เพียงอย่างเดียว

6. พารามิเตอร์เชิงเทคนิคที่ต้องส่งให้ทราบก่อนการจัดซื้อ

ก่อนขอใบเสนอราคา โปรดระบุพารามิเตอร์เหล่านี้ให้ครบถ้วนที่สุดเท่าที่จะทำได้:

พารามิเตอร์พื้นฐาน

• ความจุที่ระบุ (kVA), แรงดันไฟฟ้าที่ระบุสำหรับขั้วสูง/ต่ำ (kV), ความถี่ (Hz), จำนวนเฟส, กลุ่มเวกเตอร์ (เช่น Dyn11)

คุณสมบัติ

• การสูญเสียพลังงานขณะไม่มีโหลด (kW), การสูญเสียพลังงานขณะมีโหลด (kW), ค่าอิมพีแดนซ์เมื่อเกิดลัดวงจร (%), ขีดจำกัดการเพิ่มอุณหภูมิ (K), ระดับฉนวน, การปล่อยประจุบางส่วน

สภาพแวดล้อมและโครงสร้าง

• การติดตั้งภายในอาคาร/ภายนอกอาคาร, ระดับการป้องกัน (ตู้ภายนอกอาคารต้องไม่ต่ำกว่า IP54), วิธีการระบายความร้อน, ความสูงเหนือระดับน้ำทะเล, ช่วงอุณหภูมิแวดล้อม

เฉพาะไมโครกริด

• การออกแบบให้ทำงานแบบสองทิศทาง, ค่า K-factor, สเปกตรัมฮาร์โมนิก หรือพารามิเตอร์ของ PCS, ข้อกำหนดการรับโหลดเกินชั่วคราว, การประสานงานระบบป้องกันการเชื่อมต่อกับโครงข่าย

ใบรับรอง

• รายงานผลการทดสอบประสิทธิภาพการใช้พลังงาน, รายงานผลการทดสอบชนิด, ใบรับรองการปฏิบัติตามมาตรฐาน GB 20052

โซลูชันที่สอดคล้องกันของ Jiangsu Unita

ไลน์ผลิตภัณฑ์ของ Jiangsu Unita ครอบคลุมความต้องการในการเลือกข้างต้น:

• หม้อแปลงไฟฟ้าแบบจุ่มน้ำมันสำหรับจ่ายไฟ (ซีรีส์ S20/S22): สำหรับโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์กลางแจ้ง สถานีเพิ่มกำลังเก็บพลังงานแบบอิสระ และสถานีชาร์จในพื้นที่เปิดโล่ง รุ่นที่มีประสิทธิภาพการใช้พลังงานระดับ 1 มีการสูญเสียต่ำและสามารถรองรับโหลดเกินได้ดีเยี่ยม จึงเหมาะสำหรับการใช้งานอย่างต่อเนื่องในระยะยาว
• หม้อแปลงแบบแห้ง (ซีรีส์ SCB18): สำหรับสถานีชาร์จภายในอาคาร ศูนย์การค้า ศูนย์ข้อมูล และชั้นใต้ดิน ซึ่งมีข้อกำหนดด้านการป้องกันอัคคีภัยอย่างเข้มงวด ไม่มีน้ำมัน ทนไฟ ประสิทธิภาพการใช้พลังงานระดับ 1 และเหมาะสมกับสภาพแวดล้อมที่มีฮาร์โมนิกจากแผงโซลาร์เซลล์และระบบควบคุมการเก็บพลังงาน (PCS)
• วิธีแก้ปัญหาที่ปรับแต่งได้: ออกแบบเฉพาะตามความต้องการด้านกำลังไฟฟ้า ค่าอิมพีแดนซ์ การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิ กลุ่มเวกเตอร์ และระดับการป้องกัน โดยอิงจากเส้นโค้งโหลด ลักษณะฮาร์โมนิกของ PCS เงื่อนไขการเชื่อมต่อกับโครงข่ายไฟฟ้า และแผนการขยายระบบ นอกจากนี้ เรายังให้การสนับสนุนผู้รับเหมา EPC และเจ้าของโครงการในการตรวจสอบโหลดและจัดทำเอกสารสำหรับการเชื่อมต่อกับโครงข่ายไฟฟ้า