ตัวกรองกำลังแบบแอคทีฟทำงานอย่างไรในการลดฮาร์มอนิกในโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์

แหล่งที่มาของฮาร์โมนิกในระบบพลังงานแสงอาทิตย์

ระบบพลังงานแสงอาทิตย์มักก่อให้เกิดฮาร์โมนิกส์เป็นหลักเนื่องจากอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังแบบนอนลินีแยร์ที่ใช้ในอินเวอร์เตอร์และตัวแปลง DC-DC อุปกรณ์เหล่านี้ทำให้รูปร่างของกระแสไฟฟ้าบิดเบี้ยวเมื่อมีการแปลงพลังงานจากรูปแบบหนึ่งไปยังอีกรูปแบบหนึ่ง หม้อแปลงไฟฟ้าที่ทำงานใกล้ขีดจำกัดความอิ่มตัวแม่เหล็กก็มีส่วนทำให้เกิดปัญหานี้เช่นกัน เช่นเดียวกับโหลดสามเฟสที่ไม่สมดุลทั่วทั้งระบบ จากการศึกษาวิจัยล่าสุดในช่วงต้นปี 2024 เกี่ยวกับแหล่งที่มาของความถี่ที่ไม่พึงประสงค์ในติดตั้งพลังงานสะอาด งานวิจัยส่วนใหญ่ชี้ไปที่อินเทอร์เฟซอิเล็กทรอนิกส์กำลังที่เป็นสาเหตุของปัญหาฮาร์โมนิกส์ประมาณ 72 เปอร์เซ็นต์ทั้งหมดที่พบในโรงงานผลิตไฟฟ้าโฟโตโวลเทก (photovoltaic) ยุคปัจจุบัน

การทำงานสวิตช์ของอินเวอร์เตอร์สร้างกระแสฮาร์โมนิกส์อย่างไร

เมื่ออินเวอร์เตอร์ทำงานโดยใช้การมอดูเลตความกว้างของสัญญาณช่วง (PWM) มักจะก่อให้เกิดกระแสฮาร์โมนิกที่รบกวนได้ อินเวอร์เตอร์ส่วนใหญ่ทำงานในช่วงความถี่ประมาณ 2 ถึง 20 กิโลเฮิรตซ์สำหรับการทำงานสวิตชิ่ง สิ่งที่เกิดขึ้นนั้นค่อนข้างเข้าใจได้ง่าย - เรามีคลื่นรบกวนของกระแสไฟฟ้าความถี่สูงหลากหลายรูปแบบ รวมถึงกลุ่มฮาร์โมนิกที่เด่นชัด ซึ่งจะเกิดขึ้นรอบๆ ที่เป็นพหุคูณของความถี่พื้นฐานในการสวิตชิ่งที่ใช้อยู่ พิจารณาตัวอย่างเช่น เมื่อมีการใช้อินเวอร์เตอร์ 4 กิโลเฮิรตซ์ ร่วมกับระบบกริดไฟฟ้ามาตรฐาน 50 เฮิรตซ์ ทันใดนั้นก็จะปรากฏฮาร์โมนิกหลักที่ตำแหน่ง เช่น 4 กิโลเฮิรตซ์ บวกหรือลบด้วยพหุคูณถัดไปของ 50 เฮิรตซ์ หากไม่มีการติดตั้งตัวกรองที่เหมาะสมเพื่อจัดการกับปัญหานี้ กระแสที่ไม่ต้องการเหล่านี้จะไหลย้อนกลับเข้าสู่ระบบไฟฟ้าหลักอย่างต่อเนื่อง ผลลัพธ์คือ คุณภาพแรงดันไฟฟ้าลดลงโดยรวม และอุปกรณ์ต่างๆ ที่ต่ออยู่ในเครือข่ายเดียวกันนั้นจะสึกหรอโดยไม่จำเป็น

ผลกระทบของการเชื่อมต่อพลังงานแสงอาทิตย์สูงต่อระดับฮาร์โมนิกในระบบกริด

เมื่อการใช้พลังงานแสงอาทิตย์ (PV) เกินกว่า 30% ในเครือข่ายจำหน่ายไฟฟ้า การบิดเบือนฮาร์มอนิกสะสมจะทวีความรุนแรงขึ้นเนื่องจาก:

• การปฏิสัมพันธ์ระหว่างเฟส : การทำงานของอินเวอร์เตอร์ที่ซิงโครไนซ์กันจะทำให้ความถี่ฮาร์มอนิกเฉพาะเพิ่มสูงขึ้น
• อิมพีแดนซ์ของระบบไฟฟ้า : อิมพีแดนซ์ที่สูงขึ้นในความถี่ฮาร์มอนิกจะทำให้เกิดการบิดเบือนแรงดันเพิ่มขึ้น
• ความเสี่ยงจากปรากฏการณ์สั่นพ้อง : การปฏิสัมพันธ์ระหว่างความจุของอินเวอร์เตอร์และเหนี่ยวนำของระบบกริดสามารถสร้างจุดเรโซแนนส์ที่เพิ่มสูงขึ้นได้

การศึกษาภาคสนามพบว่าค่าความผิดเพี้ยนรวมของฮาร์มอนิก (THD) ชั่วคราวสามารถสูงเกิน 30% ขณะที่ความเข้มของแสงแดดเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว—ซึ่งสูงกว่าขีดจำกัด THD ของแรงดันตามมาตรฐาน IEEE 519-2022 ที่กำหนดไว้ที่ 5% อย่างมาก สภาวะเช่นนี้ทำให้เกิดการสูญเสียพลังงานในหม้อแปลงเพิ่มขึ้น 15–20% และอุณหภูมิของตัวนำไฟฟ้าสูงขึ้น 8–12°C ส่งผลให้วัสดุฉนวนเสื่อมสภาพเร็วขึ้นและอายุการใช้งานของอุปกรณ์ลดลง

ระบบกรองกำลังจริง (Active Power Filters) ช่วยลดฮาร์มอนิกแบบเรียลไทม์ได้อย่างไร

ข้อจำกัดของตัวกรองแบบพาสซีฟในสภาพแวดล้อม PV ที่มีการเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว

ตัวกรองฮาร์โมนิกแบบพาสซีฟไม่เหมาะกับระบบโฟโตโวลเทอิกที่ทันสมัย เนื่องจากมีลักษณะการปรับแต่งคงที่ ซึ่งไม่สามารถปรับตัวเข้ากับสเปกตรัมของฮาร์โมนิกที่เปลี่ยนแปลงไปตามความเข้มของแสงอาทิตย์หรือการเปลี่ยนแปลงของภาระได้ ข้อเสียสำคัญ ได้แก่

• ไม่สามารถตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงของฮาร์โมนิกที่เกิดจากเมฆบังแสงอาทิตย์
• ความเสี่ยงของการเกิดเรโซแนนซ์กับอินเวอร์เตอร์ที่เชื่อมต่อกับกริด ซึ่งพบใน 63% ของการติดตั้งระบบ PV
• ค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษาต่อปีสูงกว่า 74% เมื่อเทียบกับวิธีแบบแอคทีฟ (EPRI 2022)

ข้อจำกัดเหล่านี้ทำให้ความน่าเชื่อถือและประสิทธิภาพลดลงในสภาพแวดล้อมที่โปรไฟล์ของฮาร์โมนิกมีการเปลี่ยนแปลงตลอดทั้งวัน

หลักการทำงานของตัวกรองกำลังไฟแบบแอคทีฟ: การฉีดกระแสฮาร์โมนิกแบบเรียลไทม์

ตัวกรองกำลังไฟแบบแอคทีฟ (APFs) ใช้อินเวอร์เตอร์ที่ขับเคลื่อนด้วย IGBT และตัวประมวลผลสัญญาณดิจิทัล (DSP) เพื่อตรวจจับและทำให้ฮาร์โมนิกเป็นกลางภายในเวลา 2 มิลลิวินาที ตามที่ระบุไว้ใน แนวทางเทคนิค IEEE 519-2022 กระบวนการนี้ประกอบด้วย:

1. การสุ่มตัวอย่างกระแสไฟฟ้าจากกริดที่ความถี่ 20–100 กิโลเฮิรตซ์ เพื่อจับเนื้อหาของฮาร์โมนิก
2. คำนวณกระแสฮาร์มอนิกแบบต้านเฟสในเวลาจริง
3. ฉีดกระแสชดเชยผ่านการสลับความถี่สูง (10–20 กิโลเฮิรตซ์)

การตอบสนองแบบไดนามิกนี้ทำให้ APF สามารถรักษาระดับความผิดเพี้ยนรวมจากฮาร์มอนิก (THD) ต่ำกว่า 5% ได้ แม้ในกรณีที่มีการเชื่อมต่อระบบโฟโตโวลเทอิกสูง (>80%) และโปรไฟล์การผลิตที่เปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว

การวางตำแหน่งตัวกรองกำลังงานแบบแอคทีฟอย่างเหมาะสมที่จุดเชื่อมต่อร่วม (PCC)

การติดตั้ง APF ที่จุดเชื่อมต่อร่วม (PCC) จะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการลดฮาร์มอนิกสูงสุด โดยสามารถแก้ไขทั้งความผิดเพี้ยนที่เกิดจากอินเวอร์เตอร์และสภาวะรบกวนจากระบบสายส่งด้านต้นทาง ตำแหน่งเชิงกลยุทธ์นี้ส่งผลให้:

• ลดระดับ THD ได้มากขึ้น 8–12% เมื่อเทียบกับการติดตั้งฝั่งโหลด
• แก้ไขปัญหาแรงดันกระพริบและภาวะไม่สมดุลของเฟสพร้อมกัน
• ลดความจุของตัวกรองที่ต้องใช้ลง 32% ผ่านการชดเชยแบบรวมศูนย์

ด้วยการลดฮาร์มอนิกที่จุดต่อประสาน การติดตั้ง APF ที่ PCC จะช่วยปกป้องอุปกรณ์ด้านปลายน้ำ และรับประกันความสอดคล้องตามข้อกำหนดทั่วทั้งระบบ

กลยุทธ์ควบคุมขั้นสูงสำหรับตัวกรองกำลังงานแบบชันท์แอคทีฟในระบบโฟโตโวลเทอิก

ทฤษฎีกำลังไฟฟ้าเหนี่ยวนำชั่วขณะ (p-q) ในการควบคุมตัวกรองกำลังไฟฟ้าแบบชันท์เชิงกิจกรรม (SAPF)

ทฤษฎี PQ เป็นพื้นฐานของการทำงานของตัวกรองกำลังไฟฟ้าแบบชันท์เชิงกิจกรรม (SAPFs) ในการตรวจจับส่วนประกอบฮาร์มอนิกและส่วนประกอบกำลังไฟฟ้าเหนี่ยวนำที่รบกวนในโหลดไฟฟ้า สิ่งที่เกิดขึ้นนั้นค่อนข้างน่าสนใจ: กระแสไฟฟ้าสามเฟสจะถูกแปลงเป็นองค์ประกอบเชิงตั้งฉากที่เรียกว่า p (กำลังจริง) และ q (กำลังเหนี่ยวนำ) ซึ่งสอดคล้องกับสภาวะของระบบจำหน่ายไฟฟ้า วิธีการนี้สามารถแยกแยะส่วนประกอบฮาร์มอนิกออกจากสัญญาณผสมได้อย่างแม่นยำประมาณ 9 จาก 10 ครั้ง เมื่อได้สัญญาณอ้างอิงเหล่านี้แล้ว จะนำไปใช้ควบคุมอินเวอร์เตอร์ของ SAPF เพื่อกำหนดสิ่งที่จำเป็นต้องถูกทำให้เป็นกลาง โดยเฉพาะฮาร์มอนิกลำดับที่ห้าและเจ็ด ซึ่งจากการศึกษาที่ตีพิมพ์ในวารสาร Nature Energy เมื่อปีที่แล้วพบว่า มักปรากฏขึ้นบ่อยในระบบกริดที่ใช้พลังงานแสงอาทิตย์

เพิ่มความมั่นคงด้วยการควบคุมแรงดันไฟฟ้าที่ขั้ว DC-Link

การรักษาแรงดันไฟฟ้าที่ขั้ว DC-link ให้มีความเสถียรเป็นสิ่งสำคัญมากต่อประสิทธิภาพที่สม่ำเสมอของ SAPFs โดยทั่วไประบบจะใช้ตัวควบคุมแบบอัตราส่วน-อินทิกรัล (proportional-integral controller) เพื่อรักษาระดับความสมดุล อุปกรณ์นี้จะควบคุมแรงดันไฟฟ้าที่ตัวเก็บประจุ DC โดยการปรับกำลังจริงที่ไหลระหว่างอุปกรณ์กับโครงข่ายไฟฟ้า ผลการทดสอบแสดงให้เห็นว่าวิธีนี้สามารถลดแรงดันรั่ว (voltage ripple) ลงได้ประมาณ 60 เปอร์เซ็นต์ เมื่อเทียบกับระบบที่ไม่มีการควบคุมอย่างเหมาะสม แล้วในทางปฏิบัตินั่นหมายความว่าอย่างไร? มันช่วยรักษาระดับการชดเชยฮาร์โมนิกให้อยู่ในเกณฑ์ที่เหมาะสม แม้จะมีปัญหา เช่น การบังแสงบางส่วน หรือการเปลี่ยนแปลงของความเข้มแสงแดดอย่างฉับพลัน ซึ่งปัญหาเหล่านี้เกิดขึ้นบ่อยครั้งในฟาร์มโซลาร์ขนาดใหญ่ ทำให้การควบคุมแรงดันไฟฟ้าที่มีประสิทธิภาพกลายเป็นสิ่งจำเป็นอย่างยิ่งต่อการทำงานที่ราบรื่น

แนวโน้มใหม่: การควบคุมแบบปรับตัวและแบบใช้ปัญญาประดิษฐ์ในตัวกรองกำลังไฟฟ้าแบบชันต์

โมเดล SAPF รุ่นล่าสุดนี้ผสานรวมเครือข่ายประสาทเทียมกับเทคนิคการควบคุมเชิงทำนายตามแบบจำลอง เพื่อทำนายพฤติกรรมของฮาร์มอนิกจากข้อมูลการผลิตไฟฟ้าของแผงโซลาร์เซลล์และข้อมูลกริดในอดีต สิ่งที่ทำให้ระบบอัจฉริยะเหล่านี้โดดเด่นคือ ความสามารถในการตอบสนองเร็วกว่าวิธีการแบบดั้งเดิมถึง 30 เปอร์เซ็นต์ พร้อมทั้งเปลี่ยนความถี่การสวิตช์โดยอัตโนมัติในช่วง 10 ถึง 20 กิโลเฮิรตซ์ เพื่อการปรับแต่งประสิทธิภาพที่ดียิ่งขึ้น การทดสอบจริงแสดงให้เห็นว่าเมื่อมีการนำปัญญาประดิษฐ์มาใช้ในการดำเนินงานของ SAPF ค่าความเพี้ยนฮาร์มอนิกโดยรวมจะคงอยู่ต่ำกว่า 3% อย่างสม่ำเสมอ ซึ่งสูงกว่ามาตรฐานเข้มงวดที่กำหนดไว้ใน IEEE 519-2022 สำหรับทุกสถานการณ์การปฏิบัติงานต่างๆ ตามการวิจัยระบบควบคุมล่าสุดที่เผยแพร่โดย IEEE

เทคนิคลดฮาร์มอนิกเสริมเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของ APF

โซลูชันตัวกรองล่วงหน้า: อินเวอร์เตอร์แบบมัลติเพิลส์ และตัวกรอง LCL

อินเวอร์เตอร์แบบมัลติพัลส์ช่วยลดการสร้างฮาร์โมนิกตั้งแต่ต้นทาง โดยใช้ขดลวดหม้อแปลงที่ถูกเลื่อนเฟสกัน ซึ่งสามารถลดฮาร์โมนิกที่รบกวนได้ เช่น ฮาร์โมนิกลำดับที่ 5 และประมาณลำดับที่ 7 ได้ระหว่าง 40 ถึง 60 เปอร์เซ็นต์ เมื่อเทียบกับการออกแบบแบบ 6 พัลส์ธรรมดา การเพิ่มตัวกรอง LCL เข้ามาในปัจจุบันจะยิ่งเพิ่มประสิทธิภาพอย่างเห็นได้ชัด ตัวกรองเหล่านี้มีประสิทธิภาพสูงในการลดเสียงรบกวนจากการสลับความถี่สูงที่มากกว่าระดับประมาณ 2 กิโลเฮิรตซ์ ทำให้ภาระของตัวกรองแบบแอคทีฟ (APFs) ที่ติดตั้งตามหลังในระบบลดลงอย่างมาก สำหรับผู้ที่ทำงานติดตั้งระบบพลังงานแสงอาทิตย์ กลยุทธ์การกรองแบบหลายชั้นนี้ช่วยให้การปฏิบัติตามมาตรฐาน IEEE 519 ปี 2022 ที่เข้มงวดทำได้ง่ายขึ้น งานวิจัยบางชิ้นจาก IntechOpen สนับสนุนข้อมูลนี้ โดยแสดงให้เห็นถึงการปรับปรุงที่มีอัตราการปฏิบัติตามที่ดีขึ้นราว 15% ไปจนถึง 30%

แนวทางแบบผสม: การรวมหม้อแปลงแบบซิกแซกเข้ากับตัวกรองกำลังไฟแบบแอคทีฟ

หม้อแปลงแบบซิกแซกทำหน้าที่ลดฮาร์มอนิกส์ลำดับศูนย์ (zero sequence harmonics) ที่เรียกว่าไตรเพิลส์ (triplens) ได้ค่อนข้างดี เช่น ฮาร์มอนิกส์อันดับที่ 3, 9, 15 เป็นต้น ฮาร์มอนิกส์เหล่านี้เป็นสาเหตุหลักที่ทำให้ตัวนำเส้นกลางเกิดภาระเกินในระบบโฟโตโวลเทกสามเฟส เมื่อนำหม้อแปลงเหล่านี้มาใช้ร่วมกับตัวกรองกำลังแบบแอคทีฟ (active power filters) จะสามารถลดฮาร์มอนิกส์ความถี่ต่ำลงได้ประมาณ 90 กว่าเปอร์เซ็นต์ ในช่วงความถี่ต่ำกว่า 1 กิโลเฮิรตซ์ ตามผลการทดสอบการเชื่อมต่อกับระบบกริด สิ่งที่ทำให้ชุดรวมนี้น่าสนใจคือ มันช่วยให้วิศวกรสามารถเลือกใช้ตัวกรองแอคทีฟที่มีขนาดเล็กลงได้ราวครึ่งหนึ่ง หรือบางครั้งมากกว่านั้น และตัวกรองที่มีขนาดเล็กลงหมายถึงการประหยัดต้นทุนอุปกรณ์ในช่วงแรกเริ่ม รวมถึงค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษาที่ลดลงอย่างต่อเนื่องด้วย

การผสานซอฟต์แวร์เฟิร์มแวร์อินเวอร์เตอร์อัจฉริยะเพื่อลดฮาร์มอนิกส์ล่วงหน้า

รุ่นล่าสุดของอินเวอร์เตอร์แบบกริดฟอร์มมิ่งได้เริ่มใช้อัลกอริทึมเชิงทำนายเพื่อกดการเกิดฮาร์โมนิก โดยปรับกลยุทธ์การมอดูเลตภายในเวลาไม่ถึงห้ามิลลิวินาที อุปกรณ์อัจฉริยะเหล่านี้สื่อสารกับตัวกรองกำลังไฟแบบแอคทีฟผ่านมาตรฐาน IEC 61850 ซึ่งช่วยให้สามารถแก้ไขปัญหาคลื่นรบกวนได้ตั้งแต่ต้นทางแทนที่จะปล่อยให้ปัญหาสะสมไปยังจุดอื่นในระบบ การทดสอบจริงแสดงให้เห็นปรากฏการณ์ที่น่าสนใจเมื่อระบบทำงานร่วมกันในลักษณะนี้ ค่าความผิดเพี้ยนรวมจากฮาร์โมนิก (Total Harmonic Distortion) ลดลงต่ำกว่า 3 เปอร์เซ็นต์ แม้ในขณะที่ระดับแสงแดดเปลี่ยนแปลงอย่างฉับพลัน ซึ่งถือว่าโดดเด่นมากเมื่อพิจารณาถึงความไวของระบบผลิตไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์ นอกจากนี้ยังมีประโยชน์อีกประการหนึ่งที่ควรกล่าวถึง คือ ตัวกรองกำลังไฟแบบแอคทีฟเปิดและปิดตัวเองน้อยลง 40% เมื่อเทียบกับก่อนหน้า ส่งผลให้อายุการใช้งานของอุปกรณ์ยาวนานขึ้น และประสิทธิภาพโดยรวมของระบบไฟฟ้าดีขึ้น

การประเมินสมรรถนะและมูลค่าทางเศรษฐกิจของตัวกรองกำลังไฟแบบแอคทีฟในโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์

การวัดประสิทธิภาพ: กรณีศึกษาความสอดคล้องตามมาตรฐาน IEEE 519-2022 และการลดค่า THD

ติดตั้งระบบโฟโตโวลเทกต์จำเป็นต้องใช้ตัวกรองกำลังไฟฟ้าแบบแอคทีฟ (APF) เพื่อให้เป็นไปตามมาตรฐาน IEEE 519-2022 ซึ่งกำหนดขีดจำกัดการบิดเบือนฮาร์มอนิกของแรงดันไฟฟ้ารวม (THD) ไว้ที่ร้อยละ 5 ที่จุดเชื่อมต่อ เมื่อนำตัวกรองเหล่านี้มาใช้งานจริง โดยทั่วไปจะช่วยลดระดับ THD จากประมาณร้อยละ 12 ลงเหลือเพียงร้อยละ 2 ถึง 3 ในระบบที่ติดตั้งพลังงานแสงอาทิตย์เพื่อการพาณิชย์ส่วนใหญ่ สิ่งนี้ช่วยป้องกันไม่ให้อุปกรณ์เกิดความร้อนเกินไป และหยุดยั้งการบิดเบือนคลื่นรูปคลื่นที่อาจทำลายระบบในระยะยาว ในการศึกษาเมื่อปี 2023 ที่นักวิจัยตรวจสอบฟาร์มพลังงานแสงอาทิตย์ขนาดใหญ่ 7 แห่ง พวกเขาพบสิ่งที่น่าสนใจ: หลังจากการติดตั้งตัวกรอง APF ความสอดคล้องกับข้อกำหนดของระบบโครงข่ายไฟฟ้าเพิ่มขึ้นอย่างมาก จากเพียงเล็กน้อยกว่าครึ่งหนึ่ง (ประมาณร้อยละ 58) ไปเป็นเกือบสมบูรณ์แบบที่ร้อยละ 96 นอกจากนี้ ผู้เชี่ยวชาญที่ศึกษาประเด็นคุณภาพไฟฟ้ายังชี้ให้เห็นถึงประโยชน์อีกประการหนึ่ง ตัวกรองเหล่านี้ยังคงทำงานได้ดีแม้ระบบจะไม่ได้เดินเครื่องเต็มกำลัง บางครั้งสามารถทำงานได้ตั้งแต่ระดับเพียงร้อยละ 30 ซึ่งทำให้มันเหมาะมากสำหรับการใช้งานในระบบพลังงานแสงอาทิตย์ ที่การผลิตพลังงานมีการเปลี่ยนแปลงตามธรรมชาติในแต่ละวัน

ประสิทธิภาพการใช้งานระยะยาว: ตัวกรองกำลังไฟแบบแอคทีฟในระบบพลังงานแสงอาทิตย์ที่ประเทศเยอรมนี

โครงการผลิตไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์ขนาด 34 เมกะวัตต์ ในประเทศเยอรมนี แสดงให้เห็นถึงสมรรถนะที่โดดเด่นของระบบตัวกรองกำลังไฟแบบแอคทีฟ ตลอดช่วงเวลาเกือบสี่ปีครึ่ง ค่าความผิดเพี้ยนรวมของแรงดันไฟฟ้า (Total Harmonic Distortion) ยังคงอยู่ต่ำกว่า 3.8% อย่างต่อเนื่อง แม้ว่ากำลังการผลิตของโรงไฟฟ้าจะเปลี่ยนแปลงอย่างมากในช่วงระหว่าง 22% ถึง 98% ของกำลังการผลิต สิ่งที่ทำให้ความสำเร็จนี้น่าประทับใจคือ ระบบควบคุมอัจฉริยะสามารถลดความจำเป็นในการเปลี่ยนชุดตัวเก็บประจุได้ประมาณสามในสี่ เมื่อเทียบกับวิธีการแบบพาสซีฟแบบดั้งเดิม จากสถิติการใช้งานต่อเนื่อง ตัวกรองกำลังไฟแบบแอคทีฟ (APF) มีอัตราการใช้งานสูงถึง 98.6% ซึ่งสูงกว่าประสิทธิภาพของตัวกรองแบบพาสซีฟทั่วไปภายใต้สภาพอากาศที่ใกล้เคียงกัน (โดยทั่วไปอยู่ระหว่าง 91% ถึง 94%) นอกจากนี้ ทีมงานบำรุงรักษายังรายงานว่า ต้องเข้าดำเนินการแก้ไขปัญหาบ่อยน้อยลงประมาณ 40% เมื่อเทียบกับวิธีการกรองแบบใช้รีแอกเตอร์รุ่นเก่า ทำให้เกิดการประหยัดต้นทุนอย่างมีนัยสำคัญในระยะยาว

การวิเคราะห์ต้นทุนและผลประโยชน์: การสร้างความสมดุลระหว่างการลงทุนครั้งแรกกับการประหยัดค่าปรับจากกริด

ตัวกรองแบบแอคทีฟ (APFs) มีค่าใช้จ่ายเริ่มต้นที่สูงกว่าอย่างแน่นอน โดยทั่วไปจะสูงกว่าตัวกรองพาสซีฟทั่วไปประมาณ 25 ถึง 35 เปอร์เซ็นต์ แต่ประเด็นสำคัญคือ มันช่วยประหยัดเงินให้โรงงานได้ระหว่าง 18,000 ถึง 45,000 ดอลลาร์สหรัฐต่อปี จากค่าปรับของระบบกริดที่เกิดจากปัญหาฮาร์โมนิก ยกตัวอย่างเช่น โรงงานขนาด 20 เมกะวัตต์ทั่วไป เงินที่ประหยัดได้จะครอบคลุมต้นทุนเพิ่มเติมภายในเวลาไม่ถึงสี่ปี บริษัทหลายแห่งตอนนี้ยังผสมผสาน APFs เข้ากับตัวกรอง LCL ที่มีอยู่ด้วย แนวทางแบบไฮบริดนี้ช่วยลดค่าใช้จ่ายในการแก้ไขปัญหาลงได้ประมาณ 19 เซนต์ต่อวัตต์สูงสุด เมื่อเทียบกับการใช้ระบบพาสซีฟทั้งหมด นอกจากนี้ หน่วยงานกำกับดูแลเริ่มจัดประเภท APFs ว่าเป็นสินทรัพย์ถาวรที่สามารถคิดค่าเสื่อมราคาได้ในช่วง 7 ถึง 12 ปี ทำให้มันน่าสนใจทางการเงินเมื่อเทียบกับโซลูชันแบบดั้งเดิมที่ต้องใช้เวลาถึงสิบห้าปีเต็มในการตัดจำหน่าย ตัวเลขคำนวณออกมาดีกว่าสำหรับการดำเนินงานส่วนใหญ่ที่มองหาการประหยัดในระยะยาว

คำถามที่พบบ่อย

อะไรเป็นสาเหตุของฮาร์โมนิกในระบบโฟโตโวลเทอิก?

ฮาร์โมนิกในระบบโฟโตโวลเทกเกิดขึ้นส่วนใหญ่จากอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังแบบนอนลินีแยร์ที่พบในอินเวอร์เตอร์และตัวแปลง DC-DC เพิ่มเติมจากหม้อแปลงไฟฟ้าที่ทำงานใกล้ขีดจำกัดความอิ่มตัวของสนามแม่เหล็ก และโหลดสามเฟสที่ไม่สมดุล

อินเวอร์เตอร์สร้างกระแสฮาร์โมนิกอย่างไร

อินเวอร์เตอร์ที่ใช้การปรับความกว้างพัลส์ (PWM) จะสร้างกระแสฮาร์โมนิกขึ้นขณะทำการสลับ ส่งผลให้เกิดคลื่นรบกวนความถี่สูง และกลุ่มฮาร์โมนิกรอบๆ พหุคูณของความถี่การสลับพื้นฐาน

ผลกระทบของการเชื่อมต่อพลังงานแสงอาทิตย์เข้าสู่ระบบสูงต่อฮาร์โมนิกในระบบไฟฟ้าคืออะไร

เมื่อการเชื่อมต่อระบบพลังงานแสงอาทิตย์เพิ่มขึ้น ความผิดเพี้ยนของฮาร์โมนิกจะรุนแรงขึ้นเนื่องจากการมีปฏิสัมพันธ์ของเฟส ความต้านทานของระบบไฟฟ้า และความเสี่ยงของการเกิดเรโซแนนซ์ ซึ่งนำไปสู่การสูญเสียพลังงานในหม้อแปลงที่เพิ่มขึ้น และอุณหภูมิของตัวนำที่สูงขึ้น

ตัวกรองกำลังแบบแอคทีฟช่วยลดฮาร์โมนิกได้อย่างไร

ตัวกรองกำลังแบบแอคทีฟ (APFs) ตรวจจับและทำให้ฮาร์โมนิกเป็นกลางโดยใช้อินเวอร์เตอร์ที่ขับเคลื่อนด้วย IGBT และ DSP ซึ่งสามารถลดความผิดเพี้ยนรวมของฮาร์โมนิกให้ต่ำกว่า 5% แม้ในกรณีที่มีการเชื่อมต่อพลังงานแสงอาทิตย์ในระดับสูง

ข้อดีของการติดตั้ง APFs ที่จุดเชื่อมต่อร่วม (Point of Common Coupling) คืออะไร

การติดตั้ง APFs ที่ PCC สามารถแก้ไขได้ทั้งความผิดเพี้ยนที่เกิดจากอินเวอร์เตอร์และสภาวะรบกวนจากกริด ส่งผลให้ค่า THD ลดลงมากขึ้น และสามารถแก้ไขปัญหาแรงดันกระพริบได้ในเวลาเดียวกัน