วิธีการปรับปรุงคุณภาพไฟฟ้า

มีอุปกรณ์และมาตรการมากมายในการปรับปรุงคุณภาพไฟฟ้า อุปกรณ์ใหม่ที่มีอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังสูงเป็นหน่วยหลักสามารถใช้เพื่อระงับหรือชดเชยการรบกวนระยะสั้นและชั่วคราวต่างๆ ในระบบไฟฟ้าได้อย่างมีประสิทธิภาพ ในขณะที่มาตรการทั่วไปมีความเหมาะสมอย่างยิ่งสำหรับการปรับแรงดันไฟฟ้าในสภาวะคงตัว อุปกรณ์ควบคุมคุณภาพไฟฟ้าสามารถแบ่งออกเป็นสามประเภทต่อไปนี้ตามฟังก์ชัน: อุปกรณ์ชดเชยปฏิกิริยา ตัวกรอง และเครื่องปรับคุณภาพกำลังไฟฟ้าแบบครบวงจร (UPQC) ที่มุ่งเน้นการแก้ปัญหาคุณภาพไฟฟ้าชั่วคราว เพื่อให้อุปกรณ์ควบคุมคุณภาพไฟฟ้าใช้งานได้อย่างเต็มที่กับฟังก์ชันการออกแบบ การนำวิธีการวิเคราะห์และควบคุมที่แม่นยำและมีประสิทธิภาพมาใช้จึงเป็นสิ่งสำคัญ ขั้นแรก จำเป็นต้องได้รับข้อมูลที่ทันเวลาและถูกต้องเกี่ยวกับ "แหล่งที่มา" เช่น แรงดันไฟฟ้าสามเฟส กระแสสามเฟส กระแสเป็นกลาง และแรงดันไฟฟ้าที่เป็นกลางถึงกราวด์ จากนั้นจึงวิเคราะห์ข้อมูลแหล่งที่มาเหล่านี้แบบเรียลไทม์และ อย่างรวดเร็วเพื่อรับข้อมูลการควบคุมที่จำเป็น อุปกรณ์ควบคุมใช้วิธีการควบคุมที่เหมาะสมเพื่อสร้างการดำเนินการที่สอดคล้องกันโดยอาศัยข้อมูลการควบคุมเหล่านี้ และในที่สุดก็ได้รับผลการชดเชยที่เหมาะสมที่สุด
1. การแยกสัญญาณรบกวน
สำหรับปัญหาคุณภาพกำลังไฟฟ้า เช่น ความผันผวนของแรงดันไฟฟ้าและการกะพริบ ฮาร์โมนิค และความไม่สมดุลแบบสามเฟส ซึ่งเปลี่ยนแปลงค่อนข้างช้าและคงอยู่เป็นเวลานาน วิธีวิเคราะห์องค์ประกอบแบบสมมาตรและวิธีการวิเคราะห์ฮาร์มอนิกเป็นวิธีการวิเคราะห์โดเมนเวลาที่ใช้บ่อยที่สุด มีลักษณะเฉพาะด้วยนิพจน์ทางคณิตศาสตร์ที่เรียบง่ายและแนวคิดทางกายภาพที่ชัดเจน อย่างไรก็ตาม วิธีการวิเคราะห์โดเมนเวลามีการคำนวณจำนวนมากและใช้เวลานาน และไม่สามารถควบคุมแบบเรียลไทม์และออนไลน์ได้ ดังนั้นจึงต้องใช้วิธีการแปลงเพื่อให้ได้สัญญาณควบคุมที่ต้องการอย่างรวดเร็วและแม่นยำ เนื่องจากเป็นวิธีการประมวลผลสัญญาณที่คลาสสิกที่สุด การแปลงฟูริเยร์จึงมีบทบาทสำคัญในการตรวจจับคุณภาพกำลังไฟฟ้า ในปัจจุบัน การแปลงฟูเรียร์แบบแยก (DFT) และการแปลงฟูเรียร์แบบเร็ว (FFT) ของอัลกอริทึมต่างๆ ได้กลายเป็นพื้นฐานของการวิเคราะห์สเปกตรัมและการวิเคราะห์ฮาร์มอนิก
สำหรับการรบกวนคุณภาพกำลังไฟฟ้า เช่น แรงดันไฟฟ้าตก แรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้น พัลส์ทันที และการหยุดชะงักของแรงดันไฟฟ้าทันที เนื่องจากมีระยะเวลาสั้นและมีความสุ่มสูงในเวลาที่เกิด การแปลงฟูริเยร์จึงไม่สามารถตอบสนองความต้องการได้อีกต่อไป ดังนั้น จึงต้องใช้วิธีวิเคราะห์สัญญาณแบบใหม่ เช่น การแปลงฟูริเยร์แบบหน้าต่าง การแปลงฟูเรียร์ระยะสั้น และการแปลงเวฟเล็ต นอกจากนี้ การรวมวิธีการวิเคราะห์แบบดั้งเดิมเข้ากับวิธีการอัจฉริยะที่เกิดขึ้นใหม่ยังเป็นแนวโน้มในการวิเคราะห์ปัญหาคุณภาพไฟฟ้าอีกด้วย
การตรวจจับและวิเคราะห์กระแสฮาร์มอนิกเป็นอีกส่วนสำคัญของการวิเคราะห์คุณภาพไฟฟ้า วิธีการตรวจจับกระแสฮาร์มอนิกที่มีอยู่ประกอบด้วยวิธีการตรวจจับตามคำจำกัดความกำลังของ Fryze, วิธีการตรวจจับตัวกรองแบนด์พาสแบบอะนาล็อก, วิธีการตรวจจับ FFT ตามการวิเคราะห์โดเมนความถี่, วิธีการกำหนดแบบซิงโครนัส, วิธีการตรวจจับแบบปรับตัว, วิธีการตรวจจับทันทีของกระแสไฟฟ้าที่บิดเบี้ยวตามทฤษฎีพลังงานปฏิกิริยาทันที ฯลฯ นอกจากนี้ ยังมีวิธีการตรวจจับฮาร์มอนิกที่แปรผันตามเวลาโดยอาศัยการแปลงเวฟเล็ต วิธีการตรวจจับกระแสฮาร์มอนิกตามหลักการแยกแยะเฟส และวิธีการตรวจจับฮาร์มอนิกตามโครงข่ายประสาทเทียม หนึ่งในนั้นคือวิธีการตรวจจับกระแสฮาร์มอนิกที่อิงตามทฤษฎีกำลังไฟฟ้ารีแอกทีฟทันทีที่เสนอโดย H. Akagi และคณะ ในปี 1984 มีประสิทธิภาพการทำงานแบบเรียลไทม์ที่แข็งแกร่ง และมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการกรองแบบแอคทีฟ อย่างไรก็ตาม วิธีการนี้จะละเว้นอิทธิพลของส่วนประกอบที่มีลำดับเป็นศูนย์ เมื่อแรงดันไฟฟ้าผิดเพี้ยน กระแสฮาร์มอนิกที่ได้รับจะแตกต่างจากค่าจริง การแปลง dq0 ซึ่งอิงตามทฤษฎีกำลังไฟฟ้ารีแอกทีฟทันทีทั่วไปทั่วไปสามารถตรวจจับกระแสฮาร์มอนิกได้แม่นยำยิ่งขึ้นและแบบเรียลไทม์
2. กลยุทธ์การควบคุม
เมื่อตรวจพบและวิเคราะห์ข้อมูลเกี่ยวกับปัญหาคุณภาพไฟฟ้าแล้ว จะต้องใช้วิธีการควบคุมที่มีประสิทธิผลเพื่อกำจัดหรือระงับข้อมูลนี้ วิธีการควบคุมที่ใช้มีความเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับประเภทของปัญหาคุณภาพไฟฟ้าและอุปกรณ์ควบคุม
อุปกรณ์ดั้งเดิมบางชนิดที่ใช้สำหรับการปรับแรงดันไฟฟ้าในสภาวะคงตัว เช่น ตัวเก็บประจุแบบแบ่ง เครื่องปฏิกรณ์แบบแบ่ง ก๊อกหม้อแปลง ฯลฯ นั้นเป็นอุปกรณ์เชิงกล โดยจะตอบสนองต่อปัญหาคุณภาพไฟฟ้าอย่างช้าๆ มีการควบคุมที่ไม่แม่นยำ และมีความสามารถในการปรับเปลี่ยนที่จำกัด ในอดีตมีการใช้วิธีการควบคุมแบบแมนนวลโดยทั่วไป ขณะนี้อุปกรณ์บางอย่างใช้วิธีการสลับอัตโนมัติ กลยุทธ์การควบคุมของพวกเขาประกอบด้วยการควบคุมแบบ open-loop ที่ง่ายมาก และกลยุทธ์การควบคุมที่ทันสมัย ​​เช่น การควบคุมแบบคลุมเครือและการควบคุมอัจฉริยะ
มีวิธีการควบคุมเพิ่มเติมสำหรับอุปกรณ์ควบคุมคุณภาพไฟฟ้าโดยอาศัยเทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์กำลังและเชื่อมต่อกับระบบไฟฟ้าผ่านตัวแปลง เช่น SVG (เครื่องกำเนิด var แบบคงที่), APF (ตัวกรองกำลังแบบแอ็คทีฟ), DVR (เครื่องคืนแรงดันไฟฟ้าแบบไดนามิก), DSTATCOM (เช่น DVR แบบขนาน), UPQC ฯลฯ เทคโนโลยีการควบคุม PWM สำหรับตัวแปลงเป็นวิธีการควบคุมที่ใช้กันมากที่สุดในปัจจุบัน ด้วยการปรับมุมการนำ ∆ และความกว้างพัลส์มอดูเลต Ｈ การแลกเปลี่ยนแบบแอคทีฟหรือรีแอกทีฟระหว่างอุปกรณ์จัดเก็บพลังงานและโครงข่ายไฟฟ้าสามารถควบคุมได้ในสี่ควอแดรนท์ และฮาร์โมนิกที่ฝั่ง AC จะถูกระงับได้อย่างมีประสิทธิภาพ ตามสัญญาณรบกวนคุณภาพกำลังไฟฟ้าที่ดึงออกมา สัญญาณทริกเกอร์ของคอนเวอร์เตอร์สุดท้ายจะถูกกำหนด ปัจจุบันวิธีการควบคุมที่มีการศึกษาและนำไปใช้อย่างกว้างขวางมีดังนี้
ก. การควบคุม PID: นี่เป็นวิธีการที่ใช้กันมากที่สุดในระบบไฟฟ้า มีทฤษฎีที่สมบูรณ์แบบ ความทนทานสูง เสถียรภาพที่ดี ความแม่นยำในสภาวะคงตัวสูง และง่ายต่อการนำไปใช้ในทางวิศวกรรม การควบคุม PID แบบคลาสสิกใช้โมดูลควบคุมทั่วไป เช่น สัดส่วน อินทิกรัล และดิฟเฟอเรนเชียล รวมถึงเครือข่ายการแก้ไขหลายรายการ ซึ่งสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพแบบไดนามิกและสภาวะคงที่ของระบบได้ อย่างไรก็ตาม การควบคุม PID ยังมีข้อบกพร่อง เช่น การตอบสนองเกินกำหนด ความสามารถต่ำในการรบกวนพารามิเตอร์ของระบบ และความต้านทานต่อโหลดรบกวน ดังนั้น การควบคุม PID ของพารามิเตอร์ตัวแปรและวิธีการควบคุม เช่น การรวม PID เข้ากับการควบคุมโครงสร้างตัวแปรจึงเกิดขึ้น
ข. การควบคุมการเปรียบเทียบฮิสเทรีซิส: ปัจจุบันวิธีการควบคุมที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในการติดตามกระแสฮาร์มอนิกคือการควบคุมการเปรียบเทียบฮิสเทรีซิส หลักการของการควบคุมการเปรียบเทียบฮิสเทรีซีสคือการเปรียบเทียบปริมาณควบคุมกับค่าที่กำหนดภายในช่วงที่กำหนดเพื่อกำหนดเวลาการสลับขององค์ประกอบสวิตช์ของตัวแปลงพลังงาน การควบคุมการเปรียบเทียบฮิสเทรีซิสมีข้อดีคือ ความเร็วในการตอบสนองที่รวดเร็ว ความแม่นยำในการควบคุมสูง การใช้งานง่าย และไม่จำเป็นต้องเข้าใจลักษณะโหลด ข้อเสียเปรียบหลักคือความถี่ในการสลับไม่คงที่ มีการรบกวนเฟสอย่างรุนแรงเมื่อใช้ในระบบสามสายสามเฟส และปริมาณที่ควบคุมมักจะไม่สามารถควบคุมได้อย่างมีประสิทธิภาพเมื่อเปลี่ยนโหลด เมื่อใช้ร่วมกับการควบคุมเวกเตอร์และวิธีการอื่นๆ จะสามารถเอาชนะข้อเสียข้างต้นได้อย่างมีประสิทธิภาพ
ค. การควบคุมเวกเตอร์อวกาศ: หลักการควบคุมเวกเตอร์อวกาศคือการได้รับปริมาณ DC (dq) ตามระบบพิกัดการหมุนสองเฟสโดยการแปลงปาร์คจากปริมาณ AC ที่วัดได้ (abc) ตามระบบพิกัดคงที่สามเฟส การควบคุมการแยกส่วนและมีสมรรถนะในสภาวะคงที่ที่ดีและประสิทธิภาพชั่วคราว วิธีการควบคุมเวกเตอร์แบบเดิมๆ ต้องใช้ฟังก์ชันไซน์ที่ซับซ้อนและฟังก์ชันแทนเจนต์ผกผัน ซึ่งโดยทั่วไปจะประมวลผลโดย DSP เพื่อลดระยะเวลาการทำงานแบบเรียลไทม์และลดข้อกำหนดสำหรับฮาร์ดแวร์ จึงสามารถใช้อัลกอริธึมแบบง่ายบางตัวได้
ง. การควบคุมเดดบีท: KPGokhale และคณะ เสนอวิธีการควบคุมเดดบีตของอินเวอร์เตอร์ครั้งแรกในปี 1987 แนวคิดหลักคือการอนุมานปริมาณควบคุมสวิตช์ของรอบถัดไปตามสมการสถานะของระบบและข้อมูลสถานะปัจจุบัน และในที่สุดก็บรรลุวัตถุประสงค์ในการทำให้ปริมาณเอาต์พุตติดตามปริมาณอินพุต . การใช้การควบคุมเดดบีทสามารถกำจัดข้อผิดพลาดในสภาวะคงตัวและยุติกระบวนการเปลี่ยนผ่านในเวลาอันสั้นที่สุด อย่างไรก็ตาม ยังมีข้อเสีย เช่น ความทนทานต่ำ การตอบสนองชั่วคราวมากเกินไป การคำนวณแบบเรียลไทม์ที่แข็งแกร่ง และความต้องการฮาร์ดแวร์สูง การใช้การควบคุมเดดบีทกับผู้สังเกตการณ์สถานะการรบกวนหรือเทคโนโลยีการควบคุมเดดบีทที่เหมาะสมสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพของการควบคุมเดดบีทได้อย่างมาก
จ. การทำให้เป็นเชิงเส้นป้อนกลับ: วิธีป้อนกลับเชิงเส้นตรง (DFL) จะแปลงระบบดั้งเดิมให้เป็นระบบเชิงเส้นโดยการชดเชยปัจจัยที่ไม่เป็นเชิงเส้นของระบบอย่างแม่นยำ ซึ่งสามารถควบคุมได้โดยทฤษฎีการควบคุมเชิงเส้น
ฉ. การควบคุมที่แข็งแกร่งแบบไม่เชิงเส้น: เมื่อพิจารณาว่า SMES (อุปกรณ์กักเก็บพลังงานตัวนำยิ่งยวด) จะได้รับผลกระทบจากความไม่แน่นอนต่างๆ ในระหว่างการทำงานจริง การรบกวนสามารถนำไปใช้กับแบบจำลองที่กำหนดของ SMES เพื่อให้ได้แบบจำลองที่แข็งแกร่งลำดับที่สองแบบไม่เชิงเส้น สำหรับแบบจำลองไม่เชิงเส้นนี้ สามารถใช้วิธีป้อนกลับเชิงเส้นตรงเพื่อทำให้เป็นแบบเชิงเส้นทั่วโลก จากนั้นจึงใช้กฎควบคุมของระบบเชิงเส้นทั้งหมดเพื่อควบคุมได้ หรือทฤษฎีการควบคุมที่แข็งแกร่งสามารถนำไปใช้ในการออกแบบคอนโทรลเลอร์ได้โดยตรง ตัวแทนทั่วไปที่สุดของทฤษฎีการควบคุมที่แข็งแกร่งซึ่งมีพื้นฐานมาจากการหาค่าเหมาะที่สุดของตัวบ่งชี้ประสิทธิภาพบางอย่างคือทฤษฎีการควบคุม H∞ ซึ่งบุกเบิกโดยนักวิชาการชาวแคนาดา G. Zames ในปี 1981 ทฤษฎีนี้ได้รับการพัฒนาจนถึงระดับที่ค่อนข้างสมบูรณ์และได้กลายเป็นเครื่องมืออันทรงพลังสำหรับ การวิเคราะห์และออกแบบระบบที่ไม่แน่นอน
ก. การควบคุมแบบปรับเปลี่ยนได้: ระบบ SMES จริงจะได้รับผลกระทบจากการรบกวนโหลดและการเปลี่ยนแปลงปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อมอื่นๆ ในระหว่างการทำงานอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ เห็นได้ชัดว่าเป็นเรื่องยากที่จะได้ผลลัพธ์ที่น่าพอใจโดยใช้ตัวควบคุมแบบเดิมเพื่อปรับให้เข้ากับการเปลี่ยนแปลงต่างๆ ด้วยชุดพารามิเตอร์ของตัวควบคุมที่ไม่เปลี่ยนแปลง วิธีการควบคุมแบบปรับเปลี่ยนสามารถระบุรุ่นของระบบออนไลน์ จากนั้นปรับพารามิเตอร์ของตัวควบคุมให้ทันเวลาตามรุ่นของระบบและตัวบ่งชี้การควบคุมเพื่อให้ได้การควบคุมที่มีความแม่นยำสูง
ชม. การควบคุมตรรกะแบบคลุมเครือ: เมื่อออกแบบตัวควบคุมโดยใช้ "วิธีโดเมนความถี่" ของทฤษฎีการควบคุมแบบคลาสสิกและ "วิธีโดเมนเวลา" ของทฤษฎีการควบคุมสมัยใหม่ จะต้องทราบแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ที่แม่นยำของวัตถุที่ถูกควบคุม แม้ว่าการควบคุมแบบปรับเปลี่ยนได้และการควบคุมที่แก้ไขตัวเองได้ลดข้อกำหนดด้านความแม่นยำในการสร้างแบบจำลองลงอย่างมาก แต่ก็จำเป็นต้องใช้ข้อมูลก่อนหน้านี้จำนวนมาก และต้องมีการระบุแบบจำลองทางออนไลน์ อัลกอริธึมมีความซับซ้อนและมีปริมาณการคำนวณสูง ซึ่งจำกัดขอบเขตการใช้งาน เนื่องจากเป็นวิธีการควบคุมอัจฉริยะ การควบคุมแบบคลุมเครือจึงไม่จำเป็นต้องมีแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ที่แม่นยำสำหรับระบบ ด้วยการอธิบายคุณลักษณะของระบบอย่างคลุมเครือ ต้นทุนในการได้รับคุณลักษณะแบบไดนามิกและแบบคงที่ของระบบสามารถลดลงได้อย่างมาก การควบคุมแบบคลุมเครือมีความทนทานสูง และไม่ไวต่อการรบกวนจากภายนอก การเปลี่ยนแปลงพารามิเตอร์กระบวนการ และปัจจัยที่ไม่เป็นเชิงเส้น อย่างไรก็ตาม การควบคุมแบบคลุมเครือมีข้อผิดพลาดในสภาวะคงตัว และมีแนวโน้มที่จะเกิดการสั่นเล็กน้อยใกล้กับจุดปฏิบัติงาน วิธีการควบคุมอื่นๆ สามารถใช้ร่วมกับการควบคุมแบบคลุมเครือ เช่น การควบคุมโครงสร้างตัวแปรและโครงข่ายประสาทเทียม เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพของการควบคุมแบบคลุมเครือ
ฉัน. โครงข่ายประสาทเทียม (ANN): โครงข่ายประสาทเทียมมีความสามารถในการปรับตัวและจัดระเบียบได้เอง และสามารถเรียนรู้ความสัมพันธ์แบบไม่เชิงเส้นระหว่างอินพุตและเอาท์พุตโดยไม่จำเป็นต้องใช้แบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของระบบ ความทนทานต่อข้อผิดพลาดและความสามารถในการปรับตัวของ ANN สามารถรับมือกับปัจจัยที่ไม่แน่นอนหลายประการในการทำงานของระบบที่ซับซ้อน และปรับปรุงความสามารถในการป้องกันการรบกวนของระบบ โครงสร้างแบบขนานโดยธรรมชาติและความสามารถในการประมวลผลแบบขนานของ ANN ช่วยให้สามารถประมวลผลข้อมูลจำนวนมากในระบบได้อย่างรวดเร็ว
กล่าวโดยสรุป การเกินดุลและการขาดแคลนพลังงานรีแอกทีฟเป็นปัจจัยสำคัญที่ส่งผลต่อความเบี่ยงเบนของแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายไฟ วิธีการทดสอบคุณภาพไฟฟ้าแบบเดิมๆ มีข้อจำกัด Haiyida Energy Technology ได้พัฒนาระบบจำหน่ายไฟฟ้าอัจฉริยะ EPDS™ กล่าวคือ ระบบตรวจสอบและปรับปรุงคุณภาพไฟฟ้า บริษัทได้สร้างเครือข่ายการตรวจสอบคุณภาพไฟฟ้าออนไลน์ที่ครอบคลุมทั้งเครือข่าย ตลอดจนแพลตฟอร์มการตรวจสอบและการจัดการแบบเปิดที่เป็นหนึ่งเดียว ซึ่งจะตรวจสอบระดับคุณภาพไฟฟ้าของระบบโครงข่ายไฟฟ้าแบบไดนามิก จากนั้นจึงแปลงโหลดที่รบกวนซึ่งส่งผลกระทบร้ายแรงต่อคุณภาพไฟฟ้า ของโครงข่ายไฟฟ้า ปรับปรุงระดับการจัดการคุณภาพไฟฟ้าได้อย่างมีประสิทธิภาพ นอกจากนี้ยังใช้เทคโนโลยีการวัดและการควบคุมที่ทันสมัย ​​การประมวลผลข้อมูลและเทคโนโลยีการสื่อสารเพื่อให้บรรลุการจัดการและการควบคุมการจ่ายพลังงานและระบบไฟฟ้าทั้งหมดที่ฝั่งผู้ใช้ รวมถึงสายจ่ายไฟไปยังอุปกรณ์ไฟฟ้าปลายทาง ด้วยต้นทุนที่สมเหตุสมผลทางเศรษฐกิจ ซึ่งช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพได้อย่างมาก ประสิทธิภาพการดำเนินงานและการจัดการของระบบจำหน่ายไฟฟ้าและระบบไฟฟ้าและสิ่งอำนวยความสะดวก และการลดต้นทุนการดำเนินงาน