บทบาทของอิเล็กทรอนิกส์กำลังใน HVDC

เทคโนโลยีไฟฟ้ากระแสตรงแรงดันสูง (HVDC) ซึ่งขับเคลื่อนด้วยอิเล็กทรอนิกส์กำลัง มีความสำคัญในระบบส่งกำลังไฟฟ้า เดิมทีไฟฟ้าจะถูกส่งผ่านระบบไฟฟ้ากระแสสลับ อย่างไรก็ตาม ระบบส่งกำลังไฟฟ้ากระแสตรงแรงดันสูง (HVDC) ได้กลายเป็นทางเลือกที่ใช้งานได้จริง และในบางกรณีก็เป็นทางเลือกที่มีประโยชน์มากกว่าสำหรับการใช้งานเฉพาะทาง

อิเล็กทรอนิกส์กำลังมีบทบาทสำคัญในการทำให้เทคโนโลยี HVDC เป็นไปได้และมีประสิทธิภาพ ซึ่งทำให้สามารถนำไปใช้งานได้อย่างแพร่หลาย ตัวแปลงสัญญาณเป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังหลักที่ใช้ในระบบส่งไฟฟ้า HVDC ในระบบ HVDC มีการใช้ตัวแปลงสัญญาณสองประเภท ได้แก่ ตัวแปลงสัญญาณแบบสับเปลี่ยนสาย (LCC) และตัวแปลงสัญญาณแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้า (VSC)

ตัวแปลงแบบสับเปลี่ยนเชิงเส้น (LCC): LCC หรือที่รู้จักกันในชื่อตัวแปลงแบบไทริสเตอร์ เป็นตัวแปลงแบบคลาสสิกที่ใช้ในระบบ HVDC ด้วยความทนทานและความน่าเชื่อถือ ตัวแปลงเหล่านี้จึงถูกนำมาใช้ในระบบ HVDC จำนวนมากทั่วโลก ตัวแปลงเหล่านี้ทำงานบนวาล์วไทริสเตอร์แบบสับเปลี่ยนตามธรรมชาติ โดยกระแสที่ไหลผ่านด้าน AC จะเป็นตัวกระตุ้นให้ตัวแปลงหยุดทำงาน ข้อเสียของตัวแปลงเหล่านี้คือต้องใช้ระบบ AC ที่มีประสิทธิภาพจึงจะทำงานได้ดีและสร้างกระแสฮาร์มอนิก ซึ่งจำเป็นต้องใช้ตัวกรองเพื่อลดผลกระทบเหล่านี้

ตัวแปลงแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้า (VSC): เทคโนโลยี VSC ถูกนำมาใช้ในระบบ HVDC ยุคใหม่ อุปกรณ์ที่สับเปลี่ยนตัวเองได้ เช่น IGBT (ทรานซิสเตอร์ไบโพลาร์เกตฉนวน) ถูกนำมาใช้ในระบบ HVDC ที่ใช้ VSC อุปกรณ์เหล่านี้สามารถควบคุมทั้งกำลังไฟฟ้าแอคทีฟและกำลังไฟฟ้ารีแอคทีฟแยกกัน และไม่ต้องใช้ระบบไฟฟ้ากระแสสลับกำลังสูงในการสับเปลี่ยน ทำให้มีความยืดหยุ่นในการใช้งานมากกว่าระบบ HVDC ที่ใช้ LCC นอกจากนี้ ตัวแปลง VSC ยังมีขนาดเล็กกว่าและสร้างฮาร์มอนิกน้อยกว่า จึงไม่จำเป็นต้องใช้อุปกรณ์กรองขนาดใหญ่

ที่ฝั่งส่ง ตัวแปลงไฟฟ้าอิเล็กทรอนิกส์กำลังเหล่านี้จะแปลงไฟฟ้ากระแสสลับ (AC) เป็นไฟฟ้ากระแสตรง (Rectification) และไฟฟ้ากระแสตรง (DC) เป็นไฟฟ้ากระแสสลับ (AC) ที่ฝั่งรับ ตัวแปลงไฟฟ้าเหล่านี้ช่วยให้ระบบ HVDC สามารถส่งไฟฟ้าในระยะทางไกลโดยมีการสูญเสียต่ำ และช่วยจัดการการไหลของไฟฟ้าในเครือข่าย ซึ่งช่วยปรับปรุงเสถียรภาพของโครงข่ายไฟฟ้า

ยิ่งไปกว่านั้น อิเล็กทรอนิกส์กำลังไฟฟ้ายังมีส่วนช่วยในการพัฒนาระบบควบคุมและป้องกันที่ซับซ้อนในระบบ HVDC ซึ่งช่วยเพิ่มความน่าเชื่อถือ ประสิทธิภาพ และความปลอดภัยของระบบ โดยรวมแล้ว อิเล็กทรอนิกส์กำลังไฟฟ้ามีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการทำงานของระบบ HVDC เนื่องจากช่วยให้สามารถส่งกำลังไฟฟ้าระยะไกลได้อย่างมีประสิทธิภาพ ควบคุมได้ และเชื่อถือได้

การควบคุมและการป้องกันในระบบ HVDC

ระบบส่งไฟฟ้ากระแสตรงแรงดันสูง (HVDC) อาศัยการควบคุมและความปลอดภัยอย่างมาก ปัจจัยทั้งสองนี้ส่งผลต่อเสถียรภาพ ประสิทธิภาพ และความปลอดภัยโดยรวมของระบบ HVDC ซึ่งทำให้มั่นใจได้ว่าระบบส่งไฟฟ้ามีความน่าเชื่อถือ

การควบคุมในระบบ HVDC

ในระบบ HVDC วัตถุประสงค์การควบคุมหลักคือการรักษาเสถียรภาพของระบบและเพื่อให้แน่ใจว่ากระแสไฟฟ้าไหลระหว่างสถานีแปลงไฟฟ้าอย่างเหมาะสม ซึ่งทำได้โดยการควบคุมสองรูปแบบ ได้แก่ การควบคุมไฟฟ้ากระแสตรงและการควบคุมตัวแปลงไฟฟ้า

การควบคุมไฟฟ้ากระแสตรง: โดยทั่วไปแล้ว การควบคุมนี้ใช้เพื่อควบคุมกำลังไฟฟ้าที่ส่งระหว่างสถานีแปลงไฟฟ้าสองสถานี โดยการเปลี่ยนการมอดูเลตความกว้างพัลส์ (ในตัวแปลงแรงดันไฟฟ้า) หรือมุมจุดระเบิด (ในตัวแปลงไฟฟ้าแบบคอมมิวเตตแบบไลน์) แรงดันและกระแสไฟฟ้า DC รวมถึงกำลังไฟฟ้าที่ส่งผ่านจะถูกปรับ

การควบคุมตัวแปลง: การควบคุมตัวแปลงจะจัดการการแลกเปลี่ยนกำลังไฟฟ้ารีแอคทีฟระหว่างตัวแปลงและเครือข่ายไฟฟ้ากระแสสลับ ซึ่งอาจส่งผลต่อแรงดันไฟฟ้า ณ จุดที่มีการเชื่อมต่อร่วม จึงเป็นคุณสมบัติสำคัญของการควบคุม HVDC

ระบบควบคุม HVDC ยังรวมองค์ประกอบโทรคมนาคมเพื่อการประสานงานระหว่างปลายทั้งสองด้านของสายส่ง รวมถึงระบบตรวจสอบขั้นสูงสำหรับสุขภาพและสถานะของส่วนประกอบของระบบอีกด้วย

‍การป้องกันในระบบ HVDC

การป้องกันในระบบ HVDC เป็นปัญหาที่ยากเนื่องจากไม่มีจุดตัดศูนย์กระแสไฟฟ้าธรรมชาติ ซึ่งพบได้ในระบบไฟฟ้ากระแสสลับและมักใช้เป็นมาตรการป้องกัน หน้าที่ของระบบป้องกันคือการตรวจจับและแยกข้อบกพร่องอย่างรวดเร็วและเชื่อถือได้ เพื่อป้องกันความเสียหายของอุปกรณ์และรับประกันความปลอดภัยของระบบ

การป้องกันตัวแปลง: ตัวแปลงในระบบ HVDC เป็นส่วนประกอบที่ซับซ้อนและมีราคาแพงที่สุด จึงจำเป็นต้องมีการป้องกันที่แข็งแกร่ง ตัวแปลงมีการป้องกันแรงดันเกิน กระแสเกิน และอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น ส่วนตัวแปลง LCC จะใช้ความระมัดระวังเป็นพิเศษเพื่อป้องกันความล้มเหลวในการสับเปลี่ยน

การป้องกันสาย DC: สาย DC ของระบบ HVDC มีความเสี่ยงต่อปัญหาทั้งชั่วคราวและถาวร การสลายตัวของไอออนไนซ์ทำให้ความผิดพลาดชั่วคราวดับเองได้บ่อยครั้ง ในขณะที่ความผิดพลาดเรื้อรังจำเป็นต้องมีการแก้ไข เบรกเกอร์ที่ทำงานเร็วและสวิตช์กราวด์เป็นตัวอย่างของมาตรการป้องกัน

การป้องกันสถานีย่อย: หมายความถึงการปกป้องอุปกรณ์เสริมของสถานีแปลง เช่น เครื่องปฏิกรณ์ปรับเรียบและหม้อแปลง