PQMax Catalogue - Power Quality Team

ระบบปรับปรุงคุณภาพกำลังไฟฟ้าและเพิ่มประสิทธิภาพการผลิต-จำหน่ายกระแสไฟฟ้าสำหรับอุตสาหกรรมการผลิตน้ำตาล

เอกสารฉบับนี้จัดทำเพื่อวัตถุประสงค์ในการแนะนำและอธิบายการทำงานด้านเทคนิคของอุปกรณ์ตลอดจนประโยชน์ที่จะได้รับจากการติดตั้งระบบปรับปรุงคุณภาพกำลังไฟฟ้าและเพิ่มประสิทธิภาพในการผลิต-จำหน่ายกระแสไฟฟ้าสำหรับอุตสาหกรรมการผลิตน้ำตาล ภายใต้ชื่อทางการค้า “PQMax” ซึ่งเป็นเทคโนโลยีที่ได้วิจัยและพัฒนาเพื่อตอบโจทย์และแก้ปัญหาด้านระบบไฟฟ้าสำหรับอุตสาหกรรมการผลิตน้ำตาลโดยเฉพาะ เนื่องจากในปัจจุบันอุตสาหกรรมการผลิตน้ำตาลได้มีการนำเครื่องจักรไฟฟ้าขนาดใหญ่และระบบควบคุมสมัยใหม่มาใช้ในการผลิตเพื่อเพิ่มผลผลิตและประหยัดพลังงานที่ใช้ในกระบวนการผลิต ในอีกด้านหนึ่งเครื่องจักรเหล่านี้ก็ได้สร้างปัญหาด้านคุณภาพกำลังไฟฟ้าเข้าสู่ระบบไฟฟ้ามากขึ้นเช่นกัน ซึ่งปัญหาเหล่านี้จะเป็นสาเหตุหลักของกำลังงานสูญเสียในอุปกรณ์ระบบไฟฟ้าเช่น หม้อแปลง สายตัวนำไฟฟ้าและรวมถึงเครื่องจักรที่ติดตั้งใช้งานในระบบเช่นกัน และที่สำคัญที่สุดปัญหาคุณภาพกำลังไฟฟ้าเหล่านี้จะเป็นสาเหตุหลักให้เครื่องจักรที่ใช้ในการผลิตมีการใช้พิกัดกำลังไฟฟ้าสูงเกินความต้องการจริงมากซึ่งจะเป็นผลให้มีการใช้พิกัดกำลังงานไฟฟ้าที่ได้จากการผลิตไฟฟ้าภายในโรงงานสูงและเป็นผลให้เหลือพิกัดกำลังงานที่จะนำไปขายให้กับการไฟฟ้าน้อยกว่าที่ควรจะเป็น จึงทำให้โรงงานสูญเสียโอกาสที่จะสร้างรายได้จากการจำหน่ายกระแสไฟฟ้าเข้าระบบในแต่ละปีเป็นจำนวนมาก ด้วยเหตุนี้ “PQMax” จึงถูกพัฒนาและผลิตขึ้นเพื่อแก้ปัญหาดังที่กล่าวมาขั้นต้นเพื่อเพิ่มพิกัดกำลังไฟฟ้าให้กับระบบเพื่อใช้ในการผลิตเพิ่มเติมและเพื่อจำหน่ายเข้าสู่ระบบไฟฟ้าโดยไม่ต้องมีการเพิ่มพิกัดเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแต่อย่างใด

ปัญหาด้านคุณภาพกำลังไฟฟ้าในอุตสาหกรรมการผลิตน้ำตาล
อุปกรณ์ควบคุมความเร็วมอเตอร์ไม่ว่าจะเป็นสำหรับมอเตอร์กระแสตรงหรือกระแสสลับที่ใช้สำหรับเครื่องจักรในการผลิตน้ำตาลจะมีการสร้างกระแสฮาร์มอนิกเข้าสู่ระบบในปริมาณที่มากนอกจากนั้นค่าตัวประกอบกำลังที่เกิดขึ้นจากการใช้งานอุปกรณ์เหล่านี้ก็มีค่าต่ำ และจากลักษณะการทำงานที่เกิดขึ้นจริง และระดับความรุนแรงของปัญหที่เกิดขึ้นเหล่านี้ยังมีการเปลี่ยนแปลงที่เร็วมากตามรอบการทำงานของเครื่องจักรอีกด้วย ซึ่งปัญหาเหล่านี้สามารถสรุปเป็นข้อๆ ได้ดังนี้

ปัญหาปริมาณกระแสฮาร์มอนิกและค่า THD_i สูงมาก
ปัญหาปริมาณแรงดันฮาร์มอนิกและค่า THD_v สูงมาก
ปัญหาระดับกำลังงานรีแอคทีฟที่ต้องการชดเชยสูงมาก
ปัญหาอัตราความเร็วที่ต้องการการชดเชยกำลังงานรีแอคทีฟสูงและมีการเปลี่ยนแปลงเร็วมาก

จากปัญหาเหล่านี้จึงเป็นสาเหตุให้การแก้ปัญหาโดยเทคโนโลยีที่มีอยู่ในปัจจุบันไม่สามารถตอบสนองต่อความต้องการในการแก้ปัญหาเหล่านี้ได้ดังแสดงในตารางที่ 1

ตารางที่ 1 สรุปปัญหาและการแก้ปัญหาโดยทคโนโลยีที่มีอยู่ในปัจจุบัน

เทคโนโลยี PQMax เพื่อการแก้ปัญหาในอุตสาหกรรมการผลิตน้ำตาล
จากข้อจำกัดต่างๆ ที่เกิดขึ้นจากเทคโนโลยีที่ใช้ในการแก้ปัญหาจึงเป็นที่มาของการวิจัยและพัฒนาระบบ PQMax ที่สามารถตอบโจทย์ความต้องการและกำจัดข้อจำกัดของเทคโนโลยีที่มีอยู่ในปัจจุบัน โดยเป้าหมายการออกแบบและพัฒนา PQMax เพื่อตอบโจทย์ดังต่อไปนี้

ต้องเป็นการติดตั้งแบบขนานเข้ากับระบบเดิมและสามารถปลดตัวเองออกจากระบบในกรณีที่อุปกรณ์มีปัญหาโดยไม่ก่อให้เกิดผลกระทบต่อระบบไฟฟ้า
อยู่พื้นฐานเทคโนโลยีที่มีการใช้งานและพิสูจน์การใช้งานจนเป็นที่รู้จักและยอมรับ
ปรับปรุงค่าตัวประกอบกำลังไฟฟ้าให้มีค่ามากกว่า 0.99 ตลอดเวลา
ป้องกันและกำจัดปรากฏการณ์เรโซแนนซ์ไม่ให้เกิดขึ้นกับระบบไฟฟ้า
กำจัดแรงดันและกระแสฮาร์มอนิกได้มากกว่า 80%
ตอบสนองต่อความต้องการกำลังงานรีแอคทีฟและฮาร์มอนิกได้เร็วกว่า 0.5 mS.
ไม่สร้างปัญหาแรงดันและกระแสทรานเชียลขณะทำงาน
สามารถชดเชยและปลดการชดเชยกำลังงานรีแอคทีฟได้เต็มพิกัดเครื่องได้ทันทีหรือในการสวิตชิ่งเพียงครั้งเดียว
สามารถชดเชยกำลังงานรีแอคทีฟได้อย่างเชิงเส้นโดยไม่สร้างปัญหา Leading PF
มีกำลังงานสูญเสียขณะทำงานต่ำที่สุดและมีอายุการใช้งานนานและมีโอกาสในการเสียหายน้อยที่สุด

จากโจทย์หรือความต้องการที่เกิดขึ้นทั้ง 10 ข้อที่กล่าวมาเป็นไปไม่ได้ที่จะใช้เทคโนโลยีอย่างใดอย่างหนึ่งดังที่สรุปไว้ในตารางที่ 1 ในการพัฒนาเพื่อให้ได้อุปกรณ์ที่สามารถตอบโจทย์ทั้ง 10 ข้อนี้ PQMax จึงถูกวิจัยและออกแบบโดยการผสมผสานข้อดีของเทคโนโลยีที่มีอยู่และอาศัยการทำงานของโปรแกรมระบบควบคุมที่มีอัลกอริทึ่มที่ถูกต้องแม่นยำที่จะจัดการให้เกิดคุณสมบัติและประสิทธิภาพการทำงานสูงสุดเพื่อตอบโจทย์ดังกล่าว

รูปที่ 1 ไดอะแกรมแสดงโครงสร้างภายในและฟังก์ชั่นการทำงานของ PQMax

รูปที่ 1 แสดงโครงสร้างภายในและฟังก์ชั่นการทำงานของ PQMax ที่ถูกวิจัยและพัฒนาขึ้น โดยจะประกอบด้วย

Zero Voltage Switching – Thyristor Controlled Switched (ZVS-TCS) Detuned filter ส่วนนี้จะทำหน้าที่หลักในการชดเชยและกำจัดกระแสฮาร์มอนิกที่เกิดขึ้นในระบบ โดยสามารถต่อและตัดการชดเชยได้สูงสุดเต็มพิกัดโดยไม่สร้างแรงดัน-กระแสทรานเชียลขณะสวิตชิ่ง นอกจากนั้นแต่ละสเต็ปที่ทำการชดเชยจะถูกเฉลี่ยชั่วโมงการทำงานโดยไม่ให้ชุดใดชุดหนึ่งมีชั่วโมงการทำงานมากเกินอันเป็นการป้องกันไม่ให้มีชุดใดชุดหนึ่งมีอายุการทำงานสั้นกว่าปกติ

Static Var Generator (SVG) ส่วนนี้จะทำหน้าที่ชดเชยกำลังงานรีแอคทีฟทั้ง Lagging PF และ Leading PF อย่างเป็นเชิงเส้นเพื่อชดเชยในส่วนที่ยังขาดหรือเกินจาก ZVS-TCS Detuned filter นอกจากนี้ยังรับภาระการชดเชยกำลังงานรีแอคทีฟชั่วขณะที่เกิดขึ้นในช่วงเวลาที่แรงดันของระบบยังไม่ผ่าน 0 โวลต์

Active Power Filter (APF) เนื่องจาก APF มีความสามารถในการกำจัดฮาร์มอนิกได้สูงถึงอันดับที่ 50 และมีความเร็วในการทำงานสูงที่สุด จึงถูกใช้ให้ทำหน้าที่กำจัดกระแสและแรงดันฮาร์มอนิกที่เหลือหรือก่อนที่อุปกรณ์หลักทำงาน

อย่างไรก็ตามเพื่อให้ทั้ง 3 ส่วนมีการทำงานที่สอดคล้องกันจำเป็นจะต้องมีการสื่อสารและรับส่งข้อมูลคำสั่งที่ถูกต้องเพื่อให้มีการจัดลำดับการทำงานและปริมาณงานที่เหมาะสมถูกต้องเพื่อให้ทั้ง 3 ส่วนนี้ทำงานได้เต็มประสิทธิภาพสูงสุด ซึ่งโปรแกรมควบคุมการทำงานนี้ผ่านการวิจัยและพัฒนาโปรแกรมมาเพื่อปัญหาที่เกิดขึ้นในอุตสาหกรรมการผลิตน้ำตาลโดยเฉพาะ จึงทำให้มั่นใจว่า PQMax จะสามารถตอบโจทย์และแก้ปัญหาได้อย่างถูกต้องตามความต้องการ

เทคโนโลยีที่เหนือกว่าเพื่อประสิทธิภาพสูงสุด

Zero Voltage Switching - Thyristor Controlled Switch (ZVS-TCS) Technology : ด้วยการประมวลผลที่รวดเร็วของเทคโนโลยี Digital Signal Processing (DSP) ร่วมกับวงจรตรวจจับและวิเคราะห์สัญญาณที่ถูกต้องแม่นยำ จึงทำให้ PQMax สามารถต่อและปลดส่วนของ Detuned Filter Branch ที่ทำหน้าที่ชดเชยกำลังงานรีแอคทีฟหลักได้อย่างปราศจากแรงดันและกระแสทรานเชียล อันเป็นผลให้ปราศจากแรงดันกระชากเข้าสู่ระบบไฟฟ้าและทำอันตรายต่อคาปาซิเตอร์หลักของระบบ

Total kVar rating switching : สามารถชดเชยกำลังงานรีแอคทีฟเต็มพิกัดทันทีเมื่อต้องการจากผลของการประยุกต์ใช้ ZVS-TCS Technology จึงทำให้ไม่เกิดปัญหากระแสกระชากสูงจนทำให้อุปกรณ์ป้องกันระบบไฟฟ้าหลักทำงานเช่น เซอร์กิตเบรกเกอร์หรือฟิวส์ ซึ่งเมื่อเปรียบเทียบกับ Power factor controller ของCapacitor bank ทั่วไปซึ่งจำเป็นต้องมีการหน่วงเวลาแต่ละสเต็ปประมาณ 30-45 วินาทีเพื่อป้องกันกระแสกระชากสูงเกินพิกัดและต้องรอให้ตัวเก็บประจุที่ใช้งานดิสชาร์จแรงดันเพื่อป้องกันความเสียหายจากแรงดันเกิน

Real-time linearity reactive power compensation : ชดเชยกำลังงานรีแอคทีฟที่เกิดขึ้นตามเวลาจริงตามค่าที่ต้องการโดยไม่มีช่องว่างระหว่างสเต็ปเหมือนอุปกรณ์ทั่วไป

Automatic compensate unit scanning : ยืดอายุการใช้งานคาปาซิเตอร์สูงสุดด้วยการสแกน/สลับการทำงานของแต่ละสเต็ปเพื่อเฉลี่ยชั่วโมงการใช้งานโดยอัตโนมัติ เพื่อป้องกันอุณภูมิสูงสะสมจากชั่วโมงการทำงานตัวใดตัวหนึ่งนานเกิน

Intelligent harmonics and reactive power compensate management : ด้วยโปรแกรมประมวลผลคุณภาพกำลังไฟฟ้าอัจฉริยะเพื่อบริหารจัดการ-ควบคุมการทำงานของอุปกรณ์หลักทั้ง 3 ฟังก์ชั่นได้แก่ ZVS-TCS Detuned filter, Static Var Generator และ Active Power Filter ที่รวมอยู่ใน PQMax ให้สามารถจัดการกับปัญหาคุณภาพกำลังไฟฟ้าหลากหลายรูปแบบที่เกิดขึ้นอย่างถูกต้อง ถูกเวลาอันเป็นคุณสมบัติเฉพาะที่มีอยู่ใน PQMax เท่านั้น


(a)โครงสร้างวงจร	(b)PQMax Switching timing diagram

(c)ระบบทั่วไป	(d)PQMax Switching waveform

รูปที่ 2 การทำงานของ ZVS-TCS Technology และเปรียบเทียบรูปคลื่นกระแสกระชากที่เกิดขึ้นกับผลิตภัณฑ์อื่นและPQMax

รูปที่ 3 เปรียบเทียบความเร็วและ kvar ที่ชดเชยได้ของผลิตภัณฑ์อื่นกับ PQMax

รูปที่ 4 กราฟแสดงการทำงานร่วมกันของ TCS Detuned filter กับ SVG generator เพื่อการชดเชย kvar แบบเชิงเส้นตามเวลาที่เกิดขึ้นจริง

รูปที่ 5 แสดงตัวอย่างการสแกน/สวิตช์เพื่อเปลี่ยน/เฉลี่ยการชดเชย kvar (ใช้งาน 3 จาก 6 กลุ่ม/สเต็ป) ของ PQMax


(a)Lagging kvar & Harmonic	(b)kvar solved only	(c)kvar and Harmonic solved

รูปที่ 6 แสดงรูปคลื่นแรงดัน-กระแสการชดเชย kvar และกระแสฮาร์มอนิกซึ่งเป็นผลจากการทำงานของฟังก์ชั่นที่มีอยู่ใน PQMax

รายละเอียดและคุณสมบัติทางเทคนิค PQMax

หลังจากได้ผลการตรวจวัดและวิเคราะห์คุณภาพกำลังไฟฟ้าโดยทีมวิศวกร ข้อมูลที่ได้จะถูกนำมากำหนดรุ่น พิกัด และโครงสร้างวงจรของ PQMax ที่จะนำมาติดตั้งใช้งานดังนี้