ในระบบจำหน่ายไฟฟ้าไปยังบ้านเรือน สำนักงาน จำเป็นต้องมีหม้อแปลงลดระบบแรงดันไฟฟ้าจากแรงดัน 3 Phase ระดับปานกลาง 12kV, 22kV หรือ 33kV เป็น 3 Ph/4W 400V เพื่อจ่ายให้กับบ้านเรือนหรืออาคารสำนักงานทั้งแบบ 1 เฟส และ 3 เฟส โดยปกติแล้วทางด้านแรงดันต่ำของหม้อแปลงที่จ่ายไปยังโหลด จำเป็นต้องมีการจัดโหลดหรือการจ่ายกระแสของแต่ละเฟสให้มีปริมาณเท่าหรือใกล้เคียงกัน เพื่อป้องกันการเกิดปัญหาแรงดันไม่สมดุลที่ต่ำ-สูงเกินจนเป็นอันตรายต่อโหลดที่ต่ออยู่

รูปที่ 1 ตัวอย่างระบบส่งจ่ายแรงต่ำ 3 Ph ที่มีโหลด 1 Ph, EV charger และ PV ติดตั้งร่วมกัน

รูปที่ 2 ตัวอย่างผลตรวจวัดระบบส่งจ่ายที่มีปัญหาแรงดันไม่สมดุล 3 Ph ที่มีโหลด EV charger และ PV ติดตั้งร่วมกัน

    เนื่องจากในปัจจุบันจำนวนบ้านพักอาศัยและอาคารต่างๆมีการติดตั้งระบบผลิตพลังงานไฟฟ้าจากแสงอาทิตย์ (Photovoltaic: PV) และอุปกรณ์ประจุแบตเตอรี่ยานยนต์ไฟฟ้า (EV Charger) ชนิด 1 เฟสเป็นจำนวนมาก และมีการอนุญาตให้มีการจ่ายกำลังไฟฟ้าจากผู้ใช้ไฟฟ้าย้อนหรือขายคืนเข้าสู่ระบบจำหน่ายไฟฟ้า จึงทำให้การจัดสมดุลกระแสไฟฟ้าของระบบสายจำหน่ายทั้ง 3 เฟส มีการเปลี่ยนแปลงไปจากเดิม เช่นในช่วงกลางวัน วงจรไฟฟ้าเฟสที่มีการติดตั้ง PV ช่วงกลางวันจะมีการดึงกระแสไฟฟ้าจากสายจำหน่ายต่ำกว่าปกติหรือในกรณีที่จ่ายกำลังไฟฟ้าย้อนเข้าระบบก็จะทำให้แรงดันที่เฟสนั้นๆขึ้นสูงผิดปกติ และวงจรที่มีการติดตั้ง EV Charger จะมีการใช้กระแสไฟฟ้าสูง ก็จะทำให้แรงดันของเฟสนั้นๆต่ำผิดปกติ ปัจจุบันการแก้ปัญหาแรงดันสูงหรือต่ำผิดปกติจะเป็นการปรับขึ้นหรือลงพร้อมๆกันทั้ง 3 เฟส โดยอาจจะใช้การทำงานของอุปกรณ์ On Line Tap Changer ที่ติดตั้งร่วมกับหม้อแปลงในระบบจำหน่าย ซึ่งไม่สามารถปรับปรุงหรือแก้ไขปัญหาแรงดันแต่ละเฟสที่ไม่เท่ากันที่จุดต่างๆได้

1.  ปัญหาการจ่ายกำลังงานย้อนกลับจากระบบ PV 3 เฟส

รูปที่ 3  ตัวอย่างปัญหากำลังงานย้อนกลับจาก PV Inverter

  ในการติดตั้งใช้งานระบบ PV หรือ Solar cell เข้ากับระบบ Grid ของการไฟฟ้านั้น ปกติทางการไฟฟ้าจะระบุให้มีการติดตั้งอุปกรณ์กันกำลังไฟฟ้าย้อนกลับเข้าสู่ระบบ (กำลังงานจะติดเครื่องหมายลบเมื่ออ่านโดยมิเตอร์) และทำให้เกิดปัญหาแรงดันไม่สมดุลซึ่งได้อธิบายไปแล้วข้างต้น ซึ่งอุปกรณ์กันย้อนนี้จะทำหน้าที่ควบคุมการผลิตไฟฟ้าของ PV หรือตัดการจ่ายไฟฟ้า ซึ่งสำหรับกรณีระบบไฟฟ้า 1 เฟสนั้นสามารถทำได้ง่ายและชัดเจน ส่วนในการเชื่อมต่อระบบ PV 3 เฟส เข้าสู่ระบบไฟฟ้านั้น การตรวจจับกำลังงานย้อนกลับเข้าสู่ระบบซึ่งควรจะอยู่บนพื้นฐานของการไม่ยินยอมให้มีไฟฟ้าเฟสใดเฟสหนึ่งย้อนกลับเข้าไปเลยเหมือนในกรณีระบบ 1 เฟส ตัวอย่างการทำงานที่ไม่สร้างปัญหาแสดงในรูปที่ 3 (a) จะเห็นได้ว่าไม่มีกำลังงานย้อยกลับเข้า Grid เลย (ทุกเฟสเป็น 0 หรือเป็นสัมประสิทธิบวก) แต่ในกรณีรูปที่ 3 (b) นั้น แม้ว่าผลรวมของทั้ง 3 เฟส เป็นศูนย์แต่เมื่อพิจารณาในรายละเอียดของแต่ละเฟสนั้นจะพบว่ากำลังงานที่วัดได้มีทั้งสัมประสิทธิบวกและลบ โดยกำลังงานที่มีสัมประสิทธิลบหมายความว่ามีกำลังงานย้อนกลับเข้าสู่ Grid ของเฟสนั้นๆ ซึ่งขัดแย้งกับวัตถุประสงค์ของการป้องกันกำลังงานย้อนกลับและสร้างปัญหาแรงดันไม่สมดุลได้เช่นกัน

2.  ปัญหากระแสไม่สมดุลจาก EV Charger ชนิด AC

รูปที่ 4 ปัญหาการใช้กำลังงานเพียง 1 เฟส จากแล่งจ่ายหรือเครื่องชาร์จ EV 3 เฟส 

ตารางที่ 1 แสดงการคำนวณกระแสจากแหล่งจ่ายกรณีชาร์จรถ EV ที่มี OBC 1 เฟส 

  Wall charge EV Charger ชนิด AC 1 เฟส ปกติแล้วจะจ่ายกำลังงานสูงสุดตามพิกัดไม่เกิน 7.4kW หรือคิดเป็นกระแส 32 A โดยประมาณ ซึ่งกำลังงานชาร์จที่รถรับได้จะขึ้นอยู่กับวงจรชาร์จที่ติดตั้งในตัวรถ (On Board Charger : OBC)  ซึ่งพิกัด OBC ของรถแต่ละรุ่นแสดงในตารางรูปที่ 4 จากตารางจะเห็นได้ว่ามีเพียง Tesla ที่มีวงจร OBC ที่สามารถรองรับการชาร์จจาก AC 3 เฟสได้ ดังนั้นในกรณีที่เรานำรถ EV ไปชาร์จไฟจาก AC charger 3 เฟส จากตารางจะพบว่ามีเพียง Tesla ยี่ห้อเดียวที่ OBC รองรับการชาร์จจากระบบ AC 3 เฟส หัวชาร์จชนิด CCS Type 2 และ CCS Combo Type 2 เป็นหัวจ่ายและเต้ารับติดตั้งกับรถ EV ที่แพร่หลายที่สุดในประเทศไทย โดยหัวจ่ายชนิดนี้จะใช้งานกับทั้ง EV Charger ชนิด AC ทั้ง 1 เฟส 3 เฟส และเมื่อเรานำรถ EV ที่มี OBC ที่รองรับ 1 เฟส ไฟต่อเข้ากับ EV Charger ชนิด AC 3 เฟส รถ EV ที่มี OBC 1 เฟส นั้นจะเลือกรับไฟฟ้าจาก เฟส1 เสมอ และเมื่อมีการติดตั้ง EV Charger AC 3 เฟส ที่คาดหวังว่าจะจ่ายกำลังงานไปยังรถ EV ได้เท่าๆกันทุกเฟส ก็จะไม่เป็นเช่นนั้น โดย เฟส 1 จะรับภาระการจ่ายกระแสมากที่สุดและก็จะสร้างปัญหาแรงดันไม่สมดุลกับระบบโดยรวมได้ ตารางที่ 1 แสดงตัวอย่างการคำนวณของสถานีชาร์จที่มีการติดตั้ง DC charger 30kW ร่วมกับ AC Charger 22kW 3 เฟส 3 ชุด โดยปัญหากระแสและแรงดันไม่สมดุลสูงสุดจะเกิดในกรณีที่มีรถ EV ที่มี OBC 1 เฟส มาใช้งานพร้อมกัน 3 คัน

3.  โครงสร้างและการทำงาน TPO

รูปที่ 5 โครงสร้างวงจรอุปกรณ์ TPO

4  พารามิเตอร์ทางไฟฟ้าที่เกี่ยวข้องกับการทำงาน TPO

a.   อิมพีแดนซ์ (ผลรวมของอิมพีแดนซ์แหล่งจ่าย+อิมพีแดนซ์สาย) ณ ตำแหน่งที่ติดตั้ง

b.   ปริมาณกระแสไฟฟ้าไม่สมดุลที่เกิดขึ้น

c.   พิกัดกำลังงานของ TPO ที่ติดตั้ง

ความสามารถในการปรับสมดุลแรงดันและควบคุมแรงดันไฟฟ้าของ TPO นั้น จะขึ้นกับพารามิเตอร์ทางไฟฟ้าทั้ง 3 ตัวแปรนี้ เนื่องจากสาเหตุหลักของการเปลี่ยนแปลงแรงดัน ณ ตำแหน่งใดๆในระบบสายส่ง ขึ้นอยู่กับแรงดันตกคร่อมซึ่งเป็นผลคูณของกระแสที่ไหลผ่านอิมพีแดนซ์และสามารถหักล้างหรือเสริมกับแรงดันจากแหล่งจ่ายโดยขึ้นอยู่กับมุมทางไฟฟ้าและปริมาณของกระแสที่เกิดขึ้น

5  การทำงานของ TPO เพื่อแก้ปัญหาที่เกิดขึ้น

a. ตรวจจับขนาดและมุมของกระแสที่ไหลผ่าน CT และแรงดัน ณ จุดติดตั้งว่า มีค่าสูงหรือต่ำกว่าช่วงแรงดันที่ตั้งค่าไว้หรือสอดคล้องกับมาตรฐานหรือไม่

b. อินเวอเตอร์ 3 เฟสภายใน TPO จะปรับชดเชยกระแส ณ จุดที่ติดตั้งให้เท่ากันทุกเฟส โดยอาศัยการควบคุมการทำงานของสวิตช์อิเล็กทรอนิกส์ร่วมกับการบริหารพลังงานที่สะสมและดึงออกมาใช้ที่ DC Capacitor ภายใน TPO เพื่อให้สามารถดึงกระแสจากเฟสที่มีค่าน้อยและช่วยจ่ายไปยังเฟสที่ต้องการกระแสสูงเป็นผลให้กระแสทั้งขนาดและมุมทางไฟฟ้า ณ จุดที่ติดตั้ง TPO มีค่าเท่ากัน โดยการปรับชดเชยหรือปรับสมดุลกระแสนี้ สามารถจัดการได้ทั้งกระแสที่เป็นกำลังงานจริง (P) และกำลังงานรีแอคทีฟ (Q)

c. หลังจากปรับกระแสทั้ง 3 เฟสให้มีค่าเท่ากัน สิ่งที่เป็นผลตามมาคือแรงดันทั้ง 3 เฟสจะมีค่าเท่ากัน และในขณะเดียวกันก็จะตรวจสอบระดับแรงดันว่าอยู่ในเกณฑ์ที่กำหนดหรือไม่ โดยถ้ามีค่าสูงเกินเกณฑ์ TPO ก็จะทำการรับกำลังงานรีแอคทีฟหรือปรับมุมทางไฟฟ้าของกระแสให้ Lagging เพิ่มมากขึ้นทั้ง 3 เฟส ก็จะเป็นผลให้แรงดัน ณ จุดติดตั้ง TPO ลดลง หรือในทางกลับกัน ถ้าแรงดัน ณ จุดติดตั้งมีค่าต่ำกว่าเกณฑ์ TPO ก็จะจ่ายกำลังงานรีแอคทีฟเข้าระบบหรือปรับมุมทางไฟฟ้าของกระแส TPO ให้ Leading เพิ่มมากขึ้นทั้ง 3 เฟส ก็จะเป็นผลให้แรงดัน ณ จุดติดตั้ง TPO เพิ่มขึ้น

อย่างไรก็ตามดังที่กล่าวขั้นต้น ความสามารถในการปรับหรือย่านระดับแรงดันที่ TPO สามารถทำงานได้ จะขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์ทางไฟฟ้าดังที่กล่าวมาในหัวข้อก่อนหน้านี้ โดยในกรณีที่การติดตั้ง TPO เพียง 1 เครื่องและพิกัดของเครื่องไม่เพียงพอต่อการปรับสมดุลและควบคุมแรงดันให้ได้ระดับตามที่ต้องการ สามารถแก้ไขหรือปรับปรุงได้ใน 2 แนวทางคือการขนาน TPO เพิ่มที่จุดติดตั้งเดียวกัน หรือ ติดตั้งเพิ่มที่ตำแหน่งที่ห่างจากจุดติดตั้งแรกหรือห่างจากแหล่งจ่ายไปด้านปลายสายมากขึ้น

รูปที่ 6 ตัวอย่างการติดตั้ง TPO เพื่อแก้ปัญหาแรงดันไม่สมดุลและเพื่อควบคุมระดับแรงดันไฟฟ้า 

  รูปที่ 6 แสดงการติดตั้ง TPO กับระบบสายส่งแรงต่ำ โดยสามารถติดตั้งระหว่างทางสายส่ง ณ ตำแหน่งที่มีปัญหาแรงดันไม่สมดุลหรือปัญหาแรงดันสูง-ต่ำเกินมาตรฐาน โดยหากสายส่งดังกล่าวมีความยาวและมีโหลดหรือแหล่งจ่าย PV จำนวนมาก อาจพิจารณาติดตั้ง TPO มากกว่า 1 ตัว กระจายพิกัดกำลังงานของเครื่อง TPO ตามระยะทางหรือตำแหน่งติดตั้งที่เหมาะสมเพื่อรักษาระดับแรงดันละความสมดุลแรงดันให้ได้ตลอดระยะสายส่ง 

รูปที่ 7 ตัวอย่างการจำลองระบบไฟฟ้าเปรียบเทียบแรงดันระหว่างไม่มี TPO และมีการติดตั้ง TPO 1 จุดกับ 3 จุดแบบกระจาย 

  รูปที่ 7 แสดงตัวอย่างการจำลองการทำงานแก้ไขปรับปรุงปัญหาแรงดันไม่สมดุลและรักษาระดับแรงดันในระบบจำหน่ายแรงต่ำ จะเห็นได้ว่า การกระจายการติดตั้งด้วย TPO พิกัดเล็กตามระยะสาย จะให้ผลดีกว่าการติดตั้ง TPO พิกัดใหญ่เพียงเครื่องเดียว 

บทความโดย บริษัท เพาเวอร์ ควอลิตี้ ทีม จำกัด

สงวนลิขสิทธิ์ ห้ามทำซ้ำ คัดลอก หรือนำไปเผยแพร่ก่อนได้รับอนุญาตเป็นลายลักษณ์อักษรจากบริษัท ฯ