เครื่องปรับคุณภาพไฟฟ้าแบบครบวงจร: อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังแบบมัลติฟังก์ชั่นสำหรับการจัดการคุณภาพไฟฟ้าอย่างครอบคลุม

ด้วยการก่อสร้างระบบไฟฟ้าใหม่ที่รวดเร็วและการบูรณาการแหล่งพลังงานใหม่และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังในสัดส่วนที่สูง ปัญหาด้านคุณภาพไฟฟ้าในการใช้งานโครงข่ายไฟฟ้าจึงมีความซับซ้อนมากขึ้น การรบกวนต่างๆ เช่น แรงดันไฟฟ้าตก ไฟกระชาก ความเพี้ยนของฮาร์มอนิก ความไม่สมดุลของเฟสสาม- และความผันผวนของความถี่มักเกิดขึ้นร่วมกัน ทำให้เกิดความท้าทายอย่างรุนแรงต่อการทำงานที่ปลอดภัยและมีเสถียรภาพของโหลดที่สำคัญ เช่น การผลิตที่มีความแม่นยำทางอุตสาหกรรม ศูนย์ข้อมูล การขนส่งทางรถไฟ และโรงไฟฟ้าพลังงานใหม่ ท่ามกลางฉากหลังนี้ Unified Power Quality Conditioner (UPQC) ซึ่งเป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังแบบคอมโพสิตที่ผสานรวมฟังก์ชันการจัดการที่หลากหลาย กำลังค่อยๆ กลายเป็นอุปกรณ์หลักสำหรับการจัดการคุณภาพไฟฟ้าอย่างครอบคลุม

 

หลักการพื้นฐานของ UPQC คือการรวมฟังก์ชันการชดเชยแบบอนุกรมและแบบขนานไว้บนแพลตฟอร์มเดียวกัน เพื่อให้บรรลุการจัดการปัญหาคุณภาพไฟฟ้าแบบสองทิศทางทั้งด้านกริดและด้านโหลด โครงสร้างโดยทั่วไปประกอบด้วยอินเวอร์เตอร์แบบอนุกรม อินเวอร์เตอร์แบบขนาน และหน่วยเก็บพลังงาน DC ที่ใช้ร่วมกัน อินเวอร์เตอร์ซีรีส์เชื่อมต่อกับกริดและโหลดผ่านหม้อแปลงคัปปลิ้งหรือเครื่องปฏิกรณ์ ฉีดแรงดันไฟฟ้าชดเชยแบบไดนามิกเพื่อชดเชยแรงดันไฟฟ้าตก สไปค์ ฮาร์โมนิค และส่วนประกอบที่ไม่สมดุล เพื่อให้มั่นใจว่าแรงดันไฟฟ้าคุณภาพสูง-มีความเสถียรและสมมาตรที่ด้านโหลด อินเวอร์เตอร์แบบขนานที่เชื่อมต่อแบบขนานกับจุดเชื่อมต่อร่วม จะฉีดหรือดูดซับพลังงานแบบแอกทีฟและรีแอกทีฟลงในกริด ทำให้เกิดการระงับกระแสฮาร์มอนิก การชดเชยพลังงานรีแอกทีฟ และการปรับสมดุลกระแสโหลด นอกจากนี้ยังสามารถดูดซับหรือป้อนกลับพลังงานหมุนเวียน เพื่อปรับปรุงคุณภาพไฟฟ้าในด้านกริด อินเวอร์เตอร์ทั้งสองทำงานภายใต้ระบบควบคุมแบบรวมศูนย์ แชร์แหล่งพลังงานบัส DC ทำให้เกิดกลไกการควบคุมเสริมและประสานงานกัน

 

ในแง่ของคุณลักษณะทางเทคนิค UPQC มีข้อได้เปรียบในการบูรณาการ-ฟังก์ชันที่หลากหลายและการตอบสนองที่รวดเร็ว อุปกรณ์ฟังก์ชันเดี่ยว-แบบเดิม (เช่น เครื่องฟื้นฟูแรงดันไฟฟ้าแบบไดนามิกและตัวกรองกำลังแบบแอกทีฟ) สามารถจัดการการรบกวนประเภทเดียวเท่านั้น ในขณะที่ UPQC สามารถแก้ไขปัญหาคุณภาพแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟหลายรายการพร้อมกันบนแพลตฟอร์มฮาร์ดแวร์เดียวกัน ซึ่งช่วยลดพื้นที่ระบบและต้นทุนการลงทุนได้อย่างมาก ด้วยการใช้ประโยชน์จากอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังที่ควบคุมได้อย่างสมบูรณ์ (เช่น IGBT และ SiC MOSFET) และเทคโนโลยีการปรับความถี่สูง- UPQC บรรลุการตอบสนองการชดเชยแรงดันและกระแสในระดับมิลลิวินาที- ทำให้สามารถติดตามและปราบปรามการรบกวนอย่างกะทันหันได้อย่างรวดเร็ว เพื่อให้เป็นไปตามข้อกำหนดการป้องกันที่เข้มงวดของโหลดที่มีความละเอียดอ่อน นอกจากนี้ ด้วยอัลกอริธึมการควบคุมขั้นสูง (เช่น การควบคุมอินทิกรัลทั่วไป การควบคุมซ้ำ และการควบคุมการคาดการณ์แบบจำลอง) UPQC จึงสามารถบรรลุการแก้ไขรูปคลื่นที่มีความแม่นยำสูง-และการปรับค่าตัวประกอบกำลังให้เหมาะสมภายใต้สภาวะการทำงานที่ซับซ้อน

 

UPQC มีการใช้งานที่หลากหลาย ในสายการผลิตอุตสาหกรรม สามารถระงับผลกระทบของแรงดันไฟฟ้าตกบนอุปกรณ์ที่มีความแม่นยำ กรองฮาร์โมนิกที่สร้างโดยตัวแปลงความถี่ และชดเชยพลังงานปฏิกิริยา เพื่อให้มั่นใจว่ามีการผลิตอย่างต่อเนื่อง ในศูนย์ข้อมูลและสถานีฐานการสื่อสาร สามารถรักษาแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายไฟให้คงที่สำหรับอุปกรณ์ไอที และกำจัดอุปกรณ์ที่มีความร้อนสูงเกินไปและข้อผิดพลาดบิตที่เกิดจากฮาร์โมนิกส์ ในโรงไฟฟ้าพลังงานใหม่ UPQC สามารถบรรเทาการรบกวนแรงดันไฟฟ้าและความถี่ที่เกิดจากความผันผวนของพลังงานแสงอาทิตย์และพลังงานลมที่ส่งออกได้ ซึ่งจะช่วยปรับปรุงคุณภาพไฟฟ้าที่เชื่อมต่อโครงข่าย- ในการใช้งานที่มีแรงกระแทก เช่น การขนส่งทางรถไฟและเครื่องจักรท่าเรือ ยังสามารถปรับสมดุลกระแสไฟสาม-เฟส ลดส่วนประกอบลำดับลบ และลดมลภาวะต่อโครงข่ายไฟฟ้า

 

ในระหว่างการออกแบบและการดำเนินงาน UPQC ต้องการการมุ่งเน้นไปที่ความเสถียรของแรงดันไฟฟ้าบัส DC ความสมดุลของพลังงานระหว่าง-โมดูล และการควบคุมหลาย-วัตถุประสงค์ที่ประสานงานกัน การเลือกความจุและโทโพโลยีของหน่วยจัดเก็บพลังงานกระแสตรงควรสร้างสมดุลระหว่างระยะเวลาการชดเชยและข้อกำหนดการตอบสนองด้านพลังงาน กลยุทธ์การควบคุมสำหรับอินเวอร์เตอร์แบบขนานและแบบอนุกรมจำเป็นต้องบรรลุการแยกส่วนแบบไดนามิกเพื่อหลีกเลี่ยงการรบกวนซึ่งกันและกัน และปัญหาการปราบปรามการไหลเวียนในปัจจุบันและการซิงโครไนซ์การสื่อสารจะต้องได้รับการพิจารณาเมื่อหลายยูนิตเชื่อมต่อแบบขนานหรือในเครือข่าย นอกจากนี้ ความสามารถในการปรับตัวด้านสิ่งแวดล้อม การจัดการระบายความร้อน และการออกแบบระบบสำรองข้อผิดพลาดยังมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการรับประกัน-การทำงานที่เชื่อถือได้ในระยะยาว

 

โดยรวมแล้ว ตัวควบคุมคุณภาพไฟฟ้าแบบครบวงจรที่มีการบูรณาการ-ฟังก์ชันการทำงาน การตอบสนองที่รวดเร็ว และความสามารถในการจัดการที่ครอบคลุม ได้ทลายข้อจำกัดการใช้งานของอุปกรณ์ชดเชยเดี่ยวแบบดั้งเดิม โดยให้การสนับสนุนทางเทคนิคที่แข็งแกร่งสำหรับการสร้างระบบไฟฟ้าสมัยใหม่ที่ปลอดภัย คุณภาพสูง- และมีประสิทธิภาพ ไม่ต้องสงสัยเลยว่ามันจะมีบทบาทสำคัญในการรับประกันคุณภาพไฟฟ้าในระบบพลังงานใหม่และ{3}}อุตสาหกรรมการผลิตระดับไฮเอนด์อย่างไม่ต้องสงสัย