บทสรุปผู้บริหาร Converter 4-3-2012e-lib.dede.go.th/mm-data/Bib14376-บทสรุปผู้บริหาร.pdf · 2 ศึกษาวิจัยและพ

บทสรปสาหรบผบรหาร

โครงการ

ศกษาวจยและพฒนาระบบควบคมกงหนลมผลตไฟฟาขนาดเลกแบบเชอมตอกรด

โดย

ภาควชาวศวกรรมไฟฟา คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยเทคโนโลยพระจอมเกลาพระนครเหนอ

ธนวาคม 2554

กรมพฒนาพลงงานทดแทนและอนรกษพลงงาน กระทรวงพลงงาน มหาวทยาลยเทคโนโลยพระจอมเกลาพระนครเหนอ

บทสรปสาหรบผบรหาร 1. รายละเอยดเกยวกบโครงการวจย

1.1 ชอเรอง ภาษาไทย: ศกษาวจยและพฒนาระบบควบคมกงหนลมผลตไฟฟาขนาดเลกแบบเชอมตอกรด

ภาษาองกฤษ: Research and Development of Small Wind Turbine ControllerTurbine Controller for Grid Connection

1.2 คณะกรรมการจดทาโครงการ

นายเรองเดช ปนดวง ประธานกรรมการ นายวระ ศรวะรมย กรรมการ นายเทอดศกด ทองคาธรรมชาต กรรมการ นายธระศกด รงแสงจนทร กรรมการ นายรณยวฒน นตรกษ กรรมการ

1.3 ชอคณะผดาเนนการวจย จากภาควชาวศวกรรมไฟฟา คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยเทคโนโลยพระจอมเกลาพระนครเหนอ (มจพ.)

ผชวยศาสตราจารย ดร.บลลงก เนยมมณ หวหนาโครงการ

นายจรวฒ เบญจนราสทธ ผรวมวจย

นายวชระ ฐตยานวฒน ผรวมวจย

นายประเสรฐ ดาวลอย ผรวมวจย

1.4 งบประมาณและระยะเวลาทาวจย ไดรบงบประมาณประจาปงบประมาณ 2554 เปนเงนจานวน 745,000 บาท

โดยมระยะเวลาดาเนนการวจยตงแตวนท 8 ธนวาคม 2553 ถงวนท 7 ธนวาคม 2554

2 ศกษาวจยและพฒนาระบบควบคมกงหนลมผลตไฟฟาขนาดเลกแบบเชอมตอกรด


2. หลกการและเหตผล การผลตพลงงานไฟฟาในประเทศไทย สวนใหญผลตมาจากเชอเพลงทเกดจากการ

ทบถมของซากพชและซากสตว เชน นามน กาซธรรมชาต ถานหน ฯลฯ ซงกอใหเกดมลพษ อกทงราคาของเชอเพลงดงกลาวมแนวโนมสงขนเนองจากปรมาณลดลงอยางรวดเรว พลงงานทดแทนจงเปนแหลงพลงงานทางเลอกสาหรบการพฒนาทยงยน หนงในพลงงานทดแทนจากธรรมชาตทไดรบความสนใจอยางมากคอ พลงงานจากลม ซงเปนพลงงานสะอาดและไมสงผลกระทบตอสงแวดลอม การนาพลงงานลมมาใชในการผลตพลงงานไฟฟานนอาศยหลกการเปลยนพลงงานจลนเปนพลงงานไฟฟา โดยลมทผานใบพดของกงหนลมทาใหเกดแรงบดขนบนเพลาของกงหนลมทเชอมตออยกบเพลาของเครองกาเนดไฟฟาทใชผลตพลงงานไฟฟานนเอง

ปจจบนกงหนลมผลตไฟฟาทใชงานนนตองนาเขาจากตางประเทศ โดยเฉพาะอยางยงระบบระบบควบคมกงหนลมผลตไฟฟาขนาดเลกแบบเชอมตอกรด ระบบควบคมกงหนลมผลตไฟฟาขนาดเลกแบบเชอมตอกรด ทมจาหนายในทองตลาดทวไปในปจจบน สวนใหญนาเขาจากตางประเทศ ซงมราคาแพงและไมเหมาะสมกบการใชงานในประเทศไทย กลมพลงงานลม สานกวจย คนควาพลงงาน กรมพฒนาพลงงานทดแทนและอนรกษพลงงาน (พพ.) จงจะทาการวาจางทปรกษาศกษา วจย และพฒนาระบบควบคมกงหนลมผลตไฟฟาขนาดเลกแบบเชอมตอกรด เพอใหสามารถผลตไดเองในประเทศไทยและมราคาถกลง

3. วตถประสงค 3.1 เพอทาการศกษา วจย ออกแบบ และสรางระบบควบคมกงหนลมผลตไฟฟา

ขนาดเลกแบบเชอมตอกรดทมประสทธภาพสง 3.2 เพอนาหลกการวศวกรรมมาประยกตใชในการออกแบบ และสรางระบบ

ควบคม กงหนลมผลตไฟฟา 3.3 เพอทาการทดสอบสมรรถนะความทนทาน ของระบบควบคมกงหนลมผลต

ไฟฟาทผลตขน 3.4 เพอทาการพฒนาใหสามารถผลตไดในเชงอตสาหกรรมใเพอทาการพฒนาให

สามารถผลตไดในเชงอตสาหกรรมใชในประเทศ และยงสามารถสงออกไปยงตางประเทศไดในอนาคต

3.5 เพอพฒนาบคลากรของประเทศไทยใหมความรความสามารถในการออกแบบและสรางระบบควบคมกงหนลมผลตไฟฟาได

ศกษาวจยและพฒนาระบบควบคมกงหนลมผลตไฟฟาขนาดเลกแบบเชอมตอกรด 3


4. ระเบยบวธการวจย 4.1 การสรางและทดสอบระบบควบคมกงหนลมผลตไฟฟาขนาดเลกแบบ

เชอมตอกรดขนาดไมนอยกวา 2 กโลวตต

ระบบควบคมกงหนลมผลตฟาขนาดเลกแบบเชอมตอกรดขนาดไมนอยกวา 2 กโลวตตแสดงในรปท 1 ประกอบดวย 1) วงจรภาคกาลงของคอนเวอรเตอรซงทอยบรเวณกลางดานบนของรปเชอมตอกบเครองกาเนดไฟฟาซงจะเรยกวา “คอนเวอรเตอรฝงเครองกาเนดไฟฟา” ประกอบดวยวงจรฟลบรดจเรกตไฟเออรสามเฟสซงรบแรงดนไฟฟาสามเฟสจากเครองกาเนดไฟฟาของกงหนลม แปลงใหไปไฟฟากระแสตรงผานตวเกบประจและสงตอใหกบวงจร Double Boost Double Stage (DBDS) คอนเวอรเตอรซงทาหนาทยกระดบแรงดนไฟฟากระแสตรงใหสงขน (ประมาณ 400 VDC) นอกเหนอจากนน วงจรสวนนยงจะถกควบคมใหเกดการตดตามกาลงไฟฟาสงสดจากลมททกๆ ความเรวลมดวย และดานบนขวามอเปนภาคกาลงของคอนเวอรเตอรทเชอมตอกบกรด (ระบบจาหนายไฟฟา) ซงเราจะเรยกวา “คอนเวอรเตอรแบบเชอมตอกรด” โดยคอนเวอรเตอรแบบเชอมตอกรดจะรบแรงดนไฟฟาดซจากวงจร DBDS คอนเวอรเตอร แลวแปลงใหเปนแรงดนไฟฟากระแสสลบทมขนาดของแรงดน ความถ และเฟสเทากบแรงดนไฟฟาฝงกรดเพอสงพลงงานทไดจากกงหนลมเขาสระบบจาหนายโดยผานตวอนดคเตอรซงชวยในการกรองกระแส นอกเหนอจากนนระบบควบคมยงจะตองควบคมคณภาพกาลงไฟฟาของคอนเวอรเตอรและความปลอดภยใหเปนไปตามมาตรฐานการเชอมตอไฟฟาเขากบระบบจาหนาย สวนของระบบควบคมซงอยดานลางของรปประกอบดวยบลอกขบเกทหนง (Gate Drive 1) และบลอกขบเกทสอง (Gate Drive 2) ทงสองบลอกนจะทาหนาทในการรบสญญาณ PWM และสงสญญาณ Fault กบ DSC บอรด โดยสญญาณควบคมถกสงจาก DSC บอรดไปยงวงจรขบเกทซงอยในบลอกขบเกทหนงและบลอกขบเกทสองเพอมาขบวงจรภาคกาลงของคอนเวอรเตอรฝงเครองกาเนดไฟฟาและคอนเวอรเตอรแบบเชอมตอกรด

4.1.1 การสรางและประกอบระบบควบคมกงหนลมผลตไฟฟาขนาดเลกแบบเชอมตอกรดขนาดไมนอยกวา 2 กโลวตต

4.1.1.1 วงจรควบคมทาหนาทควบคมการทางานทงหมดของระบบคอนเวอรเตอรโดยการเขยนโปรแกรมควบคมบน DSC ซงมตวประมวลผลกลางคอ Digital Signal



2kW wind turbine

Synchronous generator

Manual BreakSW1

L1 L3

L2 L4

BQ1 BQ3

BQ2 BQ4

D1 D3

D2 D4

BD1

กรด

LVdc

C1

C2 C4

C3

Ci1 Ci2

Gate Drive 1 Gate Drive 2

DSC Board

Vg

Iin

Icap

Icon

vs

is

vcon

Signal conditionerVgVdcIin

is

vs

PWM H1PWM L1PWM H2PWM L2

PWM H1PWM L1PWM H2PWM L2

FaultFault

คอนเวอรเตอรฝงเครองกาเนดไฟฟา คอนเวอรเตอรฝงระบบสง

สวนควบคม รปท 1 ระบบควบคมกงหนลมขนาดไมตากวา 2 กโลวตตแบบเชอมตอกรด

Controller (DSC) เบอร dsPIC 30F6010 ถกพฒนาขนมาใชกบงานวจยนโดยเฉพาะซงประกอบดวยสวนของการรบคาสญญาณอะนาลอก เพอใชเปนสญญาณปอนกลบและเปนสญญาณควบคม โดยกอนทจะตอสญญาณเหลานเขาตวประมวลผลจาเปนจะตองทาการกรองสญญาณรบกวนความถสงออกกอนโดยใชวงจรกรองความถสงและหลงจากนนตวประมวลผลจะทาการประมวลผลและสงสญญาณ PWM ไปยงวงจรขบเกทเพอใชในการขบเกทของ IGBTs ทภาคกาลงของคอนเวอรเตอร โดยสญญาณนจะถกสงออกทางพอรตสญญาณ PWM ซงมทงหมดสเสนจานวนสองชดแลวใช ไอซ 74HC244 เปนบฟเฟอรเพอทาใหสญญาณทไดมความแรงขน (กอนสงตอใหวงจรขบเกท) สวนพอรตดจตอล I/O จะใชสาหรบรบสญญาณ Fault เมอเกดความผดพลาดในการควบคมและเมอความผดพลาดไดรบการแกไขตวประมวลผลจะสงสญญาณเพอทาการ Clear fault อกทงใน DSC บอรดนจะม In-circuit debugging และ In-circuit serial programming เปนพอรตทใชในการโปรแกรมขอมลลงบน DSC โดยจะเชอมตอผานทาง ICD2 ซงทางานรวมกบการใชโปรแกรม MPLAB โดยในงานวจยนใช C30 เปนเปนโปรแกรมคอมไพลเลอร

4.1.1.2 แหลงจายไฟฟากระแสตรงแบบสวทชง ทาหนาทจายไฟฟาแรงดนกระแสตรงขนาด 5 V, ±15 V และ 24 V สามารถจายกระแสได 2 A เพอใชเปนแหลงจายใหกบ DCS บอรด ทรานสดวเซอรตางๆ รวมทงวงจร Signal conditioner ของคอนเวอรเตอรและสวนอนๆ ทเหลอทงหมดของระบบควบคม



4.1.1.3 วงจร Signal conditioner วงจรขบเกทและวงจรภาคกาลง เนองจากสญญาณทรบมาจากทรานสดวเซอร มระดบแรงดนตงแต -12 โวลต ถง +12โวลตแต DSC บอรด สามารถรบคาแรงดนไดในชวง 0 ถง +5 โวลตจงจาเปนตองมวงจร Signal conditioner เพอปรบระดบสญญาณให DSC บอรด วงจรขบเกทของคอนเวอรเตอรฝงเครองกาเนดไฟฟาใชแหลงจายแบบสวทชงจายแรงดนไฟฟากระแสตรง 24 V จานวน 3 ชด วงจรภาคกาลงของคอนเวอรเตอรฝงเครองกาเนดไฟฟาซงใชเปนวงจร DBDS คอนเวอรเตอร โดยวงจรภาคกาลงประกอบดวย IGBTs และไดโอดกาลงอยางละสองตว ตวเกบประจสองชด ชดละสองตว โดยแรงดนดซบสรบมาจากวงจรเรกตไฟเออรของเครองกาเนดไฟฟาซงแรงดนนจะมคาคอนขางตาแตกระแสจะมคาสง (ขนอยกบเครองกาเนดไฟฟา) โดยวงจรในสวนนจะตองนาไปตอกบตวเหนยวนาภายนอกอกสองตวเพอชวยในการขยายแรงดนไฟฟาดซใหสงขน

รปท 2 คอคอนเวอรเตอรแบบเชอมตอกรดและคอนเวอรเตอรฝงเครองกาเนดไฟฟาทประกอบเสรจแลวและทาการเชอมตอกนระหวางบอรดควบคม แหลงจายไฟฟา และแรงดนดซบส

4.2.3 การทดสอบระบบควบคมกงหนลมผลตไฟฟาขนาดเลกแบบเชอมตอ กรดขนาดไมนอยกวา 2 กโลวตต

4.2.3.1 การทดสอบหาผลตอบสนองเชงไดนามกสและสภาวะคงตว การทดสอบระบบควบคมกงหนลมผลตไฟฟาขนาดเลกแบบเชอมตอกรดขนาดไม

นอยกวา 2 กโลวตตจะทาการทดสอบโดยใชระบบทดสอบดงแสดงในรปท 3 โดยจะทาการปรบแรงดนทชดแหลงจายไฟฟากระแสตรงทางดานซายมอใหมแรงดนสงกวาแรงดนทดซบส (ทาใหระบบคอนเวอรเตอรฝงระบบสงสามารถจายกาลงไฟฟาส กรดไดประมาณ 2 กโลวตต) จากนนกทาการปดสวตช.SW1.แบบทนททนใดเพอดผลการตอบสนองเชงไดนามกส (เมอแรงดนทดซบสสงขนแบบทนททนใด) รอจนระบบเขาสสภาวะคงตว เพอดผลของตวประกอบกาลง.THD.ของกระแส.ลกษณะของกระแสและแรงดน.จากนนกจะทาการเปดสวตช.SW1.แบบทนททนใดเพอดผลตอบสนองเชงไดนามกสเมอแรงดนทดซบสตกลงแบบทนททนใด โดยในการทดสอบจะทาการปรบแรงดนทดซบสใหคอนเวอรเตอรฝงระบบเชอมตอกรดจายกาลงไฟฟาคาตางๆ ไปทระบบจาหนาย เพอดผลตอบสนองเชงไดนามกส ประสทธภาพ ตวประกอบกาลง และ THD ของกระแสโดยผลการทดสอบถกแสดงไวในตารางท.1.จากผลการทดลองจะเหน



รปท 2 คอนเวอรเตอรแบบเชอมตอกรดขนาดไมนอยกวา 2 กโลวตตทประกอบเสรจแลว

รปท 3 แสดงระบบทใชในการทดสอบผลตอบสนองเชงไดนามกสและทสภาวะคงตว

ไดชดเจนวาคา THD ของกระแสมคาไดตามมาตรฐานของการเชอมตอกบระบบไฟฟา โดยคาของตวประกอบกาลงสามารถควบคมใหมคาใกลเคยงหนง และประสทธภาพของคอนเวอรเตอรมคามากกวา 95 % ตลอดชวงการทางาน



ตารางท 1 THDi ตวประกอบกาลง และประสทธภาพขณะคอนเวอรเตอรจายกาลงไฟฟาคาตางๆ

กาลงไฟฟา (W) THDi (%) PF ประสทธภาพ (%) 500 8.9 -0.99 95.51 1000 2.7 -1.00 96.82 1500 1.4 -1.00 96.95 2000 1.6 -1.00 96.59

4.2.3.2 การทดสอบการตดตามกาลงสงสด รปท.4.แสดงระบบทใชในการทดสอบการตดตามกาลงสงสดของระบบควบคม

กงหนลมผลตไฟฟาขนาดเลกแบบเชอมตอกรด การทดสอบการตดตามกาลงสงสดจะทดสอบโดยการสงความเรวลมจากตวจาลองการทางานของกงหนลมในระบบ โดยเรมตนจากความเรวลม.3.5.m/s.จากนนกทาการเพมความเรวลมแบบทนททนใดเปน.6.m/s จากนนเปลยนเปน.7.5.m/s แลวลดความเรวลมเปน 6.m/s และ.3.5. m/s ตามลาดบ โดยทาการวดกาลงไฟฟาทผลตไดทแตละชวงความเรวลมและเพอเปนการยนยนวาระบบสามารถตดตามกาลงสงสดไดจรงจะทาการพลอตกาลงไฟฟาทวดไดกบเสนโคงความเรวลม (ไดจาการทดสอบ) เพอดเสนทางการเดนของกาลงไฟฟาดงแสดงในรปท 5 จากรปจะเหนไดชดเจนวาเสนทางเดนของกาลงไฟฟา (เครองหมายบวก “+”) จะพยายามวงเขาหาจดกาลงสงสดของความเรวลม 3.5 6 และ 7.5 m/s ซงสามารถยนยนไดวาระบบสามารถตดตามกาลงสงสดได

รปท 4 ระบบททาการทดสอบการตดตามกาลงสงสด



0

500

1,000

1,500

2,000

2,500

5 10 15 20 25 30 35 40

รปท 5 กราฟเสนทางเดนของกาลงไฟฟาขณะทตดตามกาลงสงสด

4.2.3.3 การทดสอบหาคณภาพของกาลงไฟฟาและประสทธภาพ รปท.6.แสดงระบบทใชในการทดสอบคณภาพกาลงไฟฟาและประสทธภาพของชด

คอนเวอรเตอร ประกอบดวยระบบคอนเวอรเตอรสาหรบกงหนลมผลตไฟฟาขนาดเลกแบบเชอมตอกรดตออยกบตวจาลองการทางานของกงหนลม โดยการทดสอบจะทาการปรบตวจาลองการทางานของกงหนลมใหจายกาลงไฟฟาสกรด 200 วตต จากนนทาการวดคา THD ของกระแส คาตวประกอบกาลง และประสทธภาพ จากนนกทาเชนเดมแตเปลยนกาลงไฟฟาคาอนๆ โดยผลการทดสอบถกแสดงในตารางท 2 จากผลการทดสอบแสดงใหเหนชดเจนวาคา THD ของกระแสสอดคลองกบมาตรฐาน ตวประกอบกาลงใกลเคยงหนง และประสทธภาพโดยรวมของระบบ (คอนเวอรเตอรฝงเครองกาเนดไฟฟาและคอนเวอรเตอรฝงระบบจาหนาย) มคามากกวา 90 % ทโหลดมากกวา 50 %

รปท 6 ระบบทใชในการวดคณภาพของกาลงไฟฟา และประสทธภาพของชดคอนเวอรเตอร



ตารางท 2 THDของกระแส ตวประกอบกาลง และประสทธภาพทกาลงไฟฟาตางๆ

กาลงไฟฟา (วตต) THDi (% ) PF Efficiency (% ) 207 18.7 -0.98 88.5 510 8.9 -0.99 88.75 1000 2.7 -1.00 90.17 1500 1.4 -1.00 90.26 2010 1.6 -1.00 90.29

4.2.3.4 การทดสอบการปองกนการเกดการจายไฟฟาแยกตวอสระ (Anti-Islanding)

การทดสอบการตรวจจบปรากฎการณการจายไฟฟาแบบแยกตวอสระจะทาการทดสอบโดยใชระบบทแสดงในรปท 7 การทดสอบแบงออกเปนสามกรณ คอ 1) กาลงจรงของโหลดเทากบกาลงของชดคอนเวอรเตอร 2) กาลงจรงของโหลดมากกวากาลงของชดคอนเวอรเตอร 50 % และ 3) กาลงจรงของโหลดนอยกวากาลงของชดคอนเวอรเตอร 50 % จากมาตรฐาน IEEE Std. 929-2000 กาหนดไววาในกรณแรกคอนเวอรเตอรจะตองทาการหยดการจายกาลงงานใหไดภายใน 2 วนาท และในกรณทสองและสามคอนเวอรเตอรจะตองทาการหยดการจายกาลงงานใหไดภายใน 10 ไซเคล (200 มลลเซคคล) โดยคาควอลลตแฟกเตอร Q ≤ 2.5 จากผลการทดสอบในรปท 8 พบวาคอนเวอรเตอรสามารถหยดจายกาลงไฟฟาไดโดยใชเวลา.150 มลลเซคคล (ระยะเวลา t1-t2) ซงสามารถทาการหยดไดภายใตเงอนไขของมาตรฐาน IEEE Std. 929-2000 ซงจากผลการทดสอบจะเหนไดชดเจนวาการปองกนการเกดการจายไฟฟาแยกตวอสระของระบบคอนเวอรเตอรสาหรบกงหนลมทออกแบบสอดคลองกบขอกาหนดการเชอมตอกบระบบจาหนายของการไฟฟา

รปท 9 แสดงชดคอนเวอรเตอรขนาดมากกวา 2 kW ทสรางขนและระบบเครองมอวด ทางซายมอคอคอนเวอรเตอรแบบเชอมตอกรดตออยกบคอนเวอรเตอรฝงเครองกาเนดไฟฟา และระบบเครองมอวดประกอบดวย Power quality analyzer มลตมเตอร ออสซโลสโคป



LR LL LC sv

sv si

รปท 7 ระบบทใชในการทดสอบการปองกนปรากฎการณการจายไฟฟาแยกตวอสระ

si

sv

รปท 8 การหยดการทางานของคอนเวอรเตอรขณะเกดปรากฎการณการจายไฟฟาแยกตวอสระ

รปท 9 ชดคอนเวอรเตอรขนาดมากกวา 2 kW ทสรางขนและการทดสอบ



4.2 การสรางและทดสอบระบบควบคมกงหนลมผลตไฟฟาขนาดเลกแบบเชอมตอกรดขนาดไมนอยกวา 5 กโลวตต

ระบบควบคมกงหนลมผลตไฟฟาขนาดเลกแบบเชอมตอกรดขนาดไมนอยกวา 5 กโลวตตแสดงดง Schematic ไดอะแกรมในรปท 10 ประกอบดวย 1) วงจรภาคกาลงของคอนเวอรเตอรอยดานบนของรป เชอมตอกบเครองกาเนดไฟฟาของกงหนลมซงเราจะเรยกวา “คอนเวอรเตอรฝงเครองกาเนดไฟฟา” ประกอบดวยวงจรฟลบรดจเรกตไฟเออร ซงรบแรงดนไฟฟาสามเฟสจากเครองกาเนดไฟฟาของกงหนลม แปลงใหเปนไฟฟากระแสตรงผานตวเกบประจและสงตอใหกบวงจร Double boost คอนเวอรเตอรซงทาหนาทยกระดบแรงดนไฟฟากระแสตรงใหสงขน นอกเหนอจากนนวงจรในสวนนยงจะถกควบคมใหเกดการตดตามกาลงไฟฟาสงสดจากลมททกๆ ความเรวลมดวย และดานบนซายมอเปนวงจรกาลงของคอนเวอรเตอรทเชอมตอกบกรดซงเราจะเรยกวา “คอนเวอรเตอรฝงระบบสง” โดยคอนเวอรเตอรฝงระบบสงจะตอกรดโดยรบแรงดนไฟฟาดซจากวงจร Double boost คอนเวอรเตอรแปลงใหเปนแรงดนไฟฟากระแสสลบทมขนาดของแรงดน ความถ และเฟสเทากบแรงดนไฟฟาฝงกรดเพอสงพลงงานทไดจากกงหนลมเขาสระบบจาหนายโดยผานตวอนดคเตอรซงชวยในการกรองกระแสสวนของระบบควบคมซงอยดานลางของรปซงจะทาหนาทใกลเคยงกบระบบควบคมกงหนลมขนาดไมนอยกวา 2 กโลวตต

รปท 10 ระบบควบคมกงหนลมขนาดไมตากวา 5 กโลวตตแบบเชอมตอกรด

L



4.2.1 การสรางและประกอบระบบควบคมกงหนลมผลตไฟฟาขนาดเลกแบบ

เชอมตอกรดขนาดไมนอยกวา 5 กโลวตต

ระบบควบคมกงหนลมประกอบดวยแผงวงจรไฟฟาจานวนหลายแผนซงมขนาดและหนาทตางๆ โดยสวนการทางานของแผนวงจรควบคม แหลงจายไฟฟากระแสตรงแบบสวทชง วงจร Signal conditioner วงจรขบเกทและวงจรภาคกาลงจะมหนาทเหมอนกบระบบควบคมกงหนลมขนาดไมนอยกวา 2 กโลวตต แตจะแตกตางกนตรงทระบบควบคมคอนเวอรเตอรขนาด 5 กโลวตตเปนระบบสามเฟสซงสญญาณขบเกทจะม 6 เสนและ วงจร Signal conditioner กตองรบสญญาณแรงดนและกระแสทเพมขน รวมทงแรงดนไฟฟาทดซบสจะเพมเปน 630 โวลท รปท 11 แสดงคอนเวอรเตอรแบบเชอมตอกรดขนาดไมนอยกวา 5 กโลวตต ทประกอบเสรจเรยบรอยแลวโดยทดานบนของรปประกอบดวยวงจรขบเกทและวงภาคกาลงของคอนเวอรเตอรแบบเชอมตอ กรดอยบนแผนระบายความรอน โดยมแผนวงจรควบคมประกบอยดานบน ซงใชในการสงสญญาณ PWM รบสญญาณ Fault clear fault และสญญาณตางๆ จากทรานสดวเซอรทงหาตว โดยแผนวงจรควบคมนจะถกใชในการควบคมคอนเวอรเตอรฝงเครองกาเนดไฟฟา

รปท 11 คอนเวอรเตอรแบบเชอมตอกรดขนาดไมนอยกวา 5 กโลวตตทประกอบเสรจแลว



4.2.3 การทดสอบระบบควบคมกงหนลมผลตไฟฟาขนาดเลกแบบเชอมตอ กรดขนาดไมนอยกวา 5 กโลวตต

4.2.3.1 การทดสอบหาผลตอบสนองเชงไดนามกสและสภาวะคงตว

การทดสอบระบบควบคมกงหนลมผลตไฟฟาขนาดเลกแบบเชอมตอกรดขนาดไมนอยกวา 5 กโลวตตจะทาการทดสอบโดยใชระบบทดสอบในรปท 12.โดยจะทาการปรบแรงดนทชดแหลงจายไฟฟากระแสตรงใหมแรงดนสงกวาแรงดนทดซบส (สงผลทาใหระบบคอนเวอรเตอรแบบเชอมตอกรดสามารถจายกาลงไฟฟาไดประมาณ 5 กโลวตต) จากนนกทาการปดสวตช.SW1.แบบทนททนใดเพอดผลการตอบสนองเชงไดนามกสเมอแรงดนทดซบสสงขนแบบทนททนใด จากนนรอใหระบบเขาสสภาวะคงตวเพอวดคาตวประกอบกาลง.THD.ของกระแส.ลกษณะของกระแสและแรงดน.จากนนกจะทาการเปดสวตช.SW1.แบบทนททนใดเพอดผลตอบสนองเชงไดนามกสเมอแรงดนทดซบสตกลงแบบทนททนใด โดยในการทดสอบจะทาการปรบแรงดนทดซบสใหคอนเวอรเตอรฝงระบบเชอมตอกรดจายกาลงไฟฟาคาตางๆ บนทกผลคาพารามเตอรตางๆ ลงในตารางท 3 ซงจากผลการทดลองจะเหนไดชดเจนวาคา THD ของกระแสจะมคาไดตามมาตรฐานของการเชอมตอกบระบบไฟฟา (ในขณะทจายกาลงไฟฟามากกวา 70 % ) คาของตวประกอบกาลงสามารถควบคมใหมคาใกลเคยงหนงและประสทธภาพของคอนเวอรเตอรมคามากกวา 91 % ท (โหลดมากกวา 50 %)

Oscilloscope

Digital signalcontroller

C

Grid

Tr1

Grid

Bridgerectifier

Single phasePWM

converter

DC supply

Powerqualityanalyzer

SW13 Grid connected

converter

Fluke 434

Digital power meterYokogawa WT200

Digital power meterYokogawa WT110

D/A

รปท 12 ระบบทใชในการทดสอบผลตอบสนองเชงไดนามกสและทสภาวะคงตว



ตารางท 3 THDi ตวประกอบกาลง และประสทธภาพทกาลงไฟฟาตางๆ

กาลงไฟฟา ทดซบส (W)

กาลงไฟฟากรด(W)

THDi (%) PF ประสทธภาพ

(%) 640 480 32.2 -0.90 75.00 1140 1000 16.9 -0.97 87.72 2190 2000 8.1 -0.99 91.32 3320 3040 5.6 -0.99 91.57 4200 3950 4.4 -1.00 94.05 5260 4980 3.8 -1.00 94.68 5510 5240 3.8 -1.00 95.10

4.2.3.2 การทดสอบการตดตามกาลงสงสด

รปท 13 แสดงระบบทใชในการทดสอบการตดตามกาลงสงสดของระบบควบคมกงหนลมผลตไฟฟาขนาดเลกแบบเชอมตอกรดซงประกอบดวย คอนเวอรเตอรสามเฟสแบบเชอมตอกรดทตออยกบคอนเวอรเตอรฝงเครองกาเนดไฟฟาทถกควบคมดวยตวตดตามกาลงสงสด และตออยกบเครองกาเนดไฟฟาแบบซงโครนสชนดแมเหลกถาวรสาหรบกงหนลม ซงเครองกาเนดไฟฟาแบบซงโครนสชนดแมเหลกถาวรตออยกบตวจาลองการทางานของกงหนลมซงสรางจากมอเตอรเหนยวนาสามเฟสขบเคลอนดวยอนเวอรเตอรแบบควบคมแรงบดซงถกควบคมดวยบอรดจาลองการทางาน ซงสามารถจาลองการทางานเสมอนกบการทางานของกงหนลมจรง การทดสอบการตดตามกาลงสงสดจะทดสอบโดยการสงความเรวลมจากตวจาลองการทางานของกงหนลมและวดกาลงไฟฟาทผลตไดโดยเรมตนจากความเรวลม.3.5.m/s.จากนนกทาการเพมความเรวลมแบบทนททนใดเปน.6. m/s จากนนเปลยนเปน.7.5. m/s แลวลดความเรวลมเปน 6. m/s และ.3.5. m/s ซงจะพบวาระบบสามารถจายกาลงไฟฟาไดในจดทใกลกบคายอดของกราฟความสมพนธระหวางกาลงไฟฟากบความเรวดงรปท 14 โดยจากรปจะเหนไดชดเจนวาเสนทางเดนของกาลงไฟฟา (เครองหมายบวก “+”) จะพยายามวงเขาหาจดกาลงสงสดของความเรวลม 3.5 m/s 6 m/s และ 7.5 m/s ซงสามารถยนยนไดวาระบบสามารถตดตามกาลงสงสดได



รปท 13 ระบบทใชในการทดสอบการตดตามกาลงสงสด

รปท 14 กราฟเสนทางเดนของกาลงไฟฟาขณะทตดตามกาลงสงสด

4.2.3.3 การทดสอบหาคณภาพกาลงไฟฟาและประสทธภาพ การทดหาสอบคณภาพกาลงไฟฟาทชดคอนเวอรเตอรจายเขาสกรดวาสอดคลองกบ

มาตรฐาน IEEE Std. 929-2000 หรอไม ซงมาตรฐานดงกลาวระบวา คาตวประกอบกาลงตองมากกวา.0.85.เมอกาลงทางดานเอาทพตมากวา.10.% ของพกดคอนเวอรเตอร.และความผดเพยนของกระแสตองเปนไปตามมาตรฐาน IEEE Std. 519-1992 คอ Total Harmonics Distortion ของกระแส (THDi) ตองนอยกวา.5.% ทพกดของชดคอนเวอรเตอร กระแสฮารมอนกสลาดบค ตองไมเกนทระบไวและกระแสฮารมอนกสลาดบคตองไมเกน 25 % ของพกดกระแสทระบไว รปท 15.แสดงระบบทใชในการทดสอบคณภาพกาลงไฟฟาและประสทธภาพของชดคอนเวอรเตอร โดยการทดสอบจะ



ทาการปรบชดตวจาลองการทางานของกงหนลมใหจายกาลงไฟฟาทางดานเอาทพต 480 วตต วดคณภาพของกาลงไฟฟาและคานวณประสทธภาพ จากนนกทาเชนเดมแตเปลยนกาลงไฟฟา โดยผลการทดสอบแสดงดงในตารางท 4 ซงจากผลการทดสอบแสดงใหเหนไดชดเจนวาคาฮารมอนคของกระแสสอดคลองกบมาตรฐาน ตวประกอบกาลงใกลเคยงหนง และประสทธภาพโดยรวมของระบบ (ทงคอนเวอรเตอรฝงเครองกาเนดไฟฟาและคอนเวอรเตอรแบบเชอมตอกรด) และประสทธภาพมคามากกวา 88 % ทโหลดมากกวา 50 % ของพกด

รปท 15 ระบบทใชในการวดคณภาพของกาลงไฟฟาและประสทธภาพของชดคอนเวอรเตอร

ตารางท 4 THDi, ตวประกอบกาลง และประสทธภาพทกาลงไฟฟาตางๆ ของชดคอนเวอรเตอร

กาลงของเครองกาเนดไฟฟา

(kW)

กาลงไฟฟาท DC bus (kW)

กาลงไฟฟาทจายใหกรด

(kW)

THDi (%)

PF ประสทธภาพ Grid connected converter (%)

ประสทธภาพ รวมของระบบ

(%) 668 640 480 32.2 -0.90 75.00 71.86 1210 1140 1000 16.9 -0.97 87.72 82.64 2270 2190 2000 8.1 -0.99 91.32 88.11 3410 3320 3040 5.6 -0.99 91.57 89.15 4320 4200 3950 4.4 -1.00 94.05 91.44 5380 5260 4980 3.8 -1.00 94.68 92.57 5650 5510 5240 3.8 -1.00 95.10 92.74



4.2.3.4 การทดสอบการปองกนการเกดการจายไฟฟาแยกตวอสระ (Anti-Islanding)

การทดสอบการตรวจจบปรากฎการณการจายไฟฟาแบบแยกตวอสระ จะทาการทดสอบโดยใชระบบทแสดงในรปท 16 การทดสอบจะแบงการทดสอบออกเปนสามกรณ คอ 1) กาลงจรงของโหลดเทากบกาลงของชดคอนเวอรเตอร 2) กาลงจรงของโหลดมากกวากาลงของชดคอนเวอรเตอร 50 % และ 3) กาลงจรงของโหลดนอยกวากาลงของชดคอนเวอรเตอร 50 % จากมาตรฐาน IEEE Std. 929-2000 กาหนดวาในกรณท 1) คอนเวอรเตอรจะตองทาการหยดการจายกาลงงานใหไดภายใน 2 วนาท และในกรณทสองและสามคอนเวอรเตอรจะตองหยดการจายกาลงงานใหไดภายใน 10 (200 มลลเซคคล) ไซเคลโดยคาควอลลตแฟกเตอร Q ≤ 2.5 จากผลการทดสอบในรปท 17 พบวาชดคอนเวอรเตอรสามารถหยดจายกาลงไฟฟาไดโดยใชเวลา.150 มลลเซคคล (ระยะเวลา t1-t2) ซงสามารถทาการหยดไดภายในเงอนไขของมาตรฐาน IEEE Std. 929-2000 จากผลการทดสอบจะเหนไดชดเจนวาการปองกนการเกดการจายไฟฟาแยกตวอสระของระบบคอนเวอรเตอรสาหรบกงหนลมทออกแบบสอดคลองกบขอกาหนดการเชอมตอกบระบบจาหนายของการไฟฟา

รปท 18 แสดงชดคอนเวอรเตอรทสรางขนและเครองมอวด ซงทางซายมอคอคอนเวอรเตอรแบบเชอมตอกรดตออยกบคอนเวอรเตอรฝงเครองกาเนดไฟฟาและระบบเครองมอวดประกอบดวย Power quality analyzer ทง 1 เฟสและ 3 เฟส มลตมเตอรและออสซโลสโคป

LR LL LC sv

sv si

รปท 16 ระบบทใชในการทดสอบการปองกนปรากฎการณการจายไฟฟาแยกตวอสระ



1t 2t

sav

sai

รปท 17 การหยดการทางานของคอนเวอรเตอรขณะเกดปรากฎการณการจายไฟฟาแยกตวอสระ

รปท 18 แสดงชดคอนเวอรเตอรทสรางขนและการทดสอบ

5 สรป 5.1 สรปผลการวจย งานวจยนเรมตนโดยทาการศกษา รวบรวมขอมลของระบบควบคมกงหนลมผลต

ไฟฟาขนาดเลกแบบเชอมตอกรดจากแหลงขอมลตางๆ โดยระบบควบคมกงหนลมผลตไฟฟาขนาดเลกแบบเชอมตอ กรดขนาดไมตากวา 2 กโลวตตทาออกแบบเปนแบบ 1 เฟสและขนาดไมตากวา 5 กโลวตตทาการออกแบบเปนแบบ 3 เฟส ตอจากนนจะทาจาลองการทางานของระบบทงสองโดยใชโปรแกรม MATLAB Simulink เพอยนยนผลออกแบบ เมอผลจาลองการทางานเปนทนาพอใจแลวกจะทาการสรางระบบควบคมซงประกอบดวยการออกแบบสรางแผนวงจรไฟฟา (PCB) ทงวงจรภาคกาลงและวงจรควบคม เมอทาการสรางแผนวงจรเสรจเรยบรอยแลวกทาเขยนโปรแกรมการควบคม



ระบบ การทดสอบระบบควบคมกบตวจาลองการทางานของกงหนลมโดยผลการทดสอบระบบควบคมทงสองเปนดงน

ผลการทดสอบระบบควบคมกงหนลมผลตไฟฟาขนาดเลกแบบเชอมตอกรดทงสองขนาด แสดงใหเหนชดเจนวาระบบสามารถจายกาลงไฟฟาเขาสระบบจาหนายไดโดยม ผลตอบสนองตอการเปลยนแปลงกาลงไฟฟาแบบทนททนใดไดรวดเรว มคา THD ของกระแสตาและเปนไปตามมาตรฐาน IEEE Std. 519-1992 ซงสอดคลองมาตรฐานของการไฟฟา สาหรบผผลตไฟฟาขนาดเลกมาก (VSPP) และมคาตวประกอบกาลงใกลเคยงกบ -1 (ประมาณ - 0.99) มประสทธภาพรวมของระบบสงกวา 88 % ตลอดชวงการทางาน (สาหรบระบบควบคมกงหนลมผลตไฟฟาขนาดเลกแบบเชอมตอกรดขนาดไมตากวา 2 กโลวตต) และมประสทธภาพโดยรวมของระบบสงกวา 88 % ทโหลดมากกวา 50 เปอรเซนต (สาหรบระบบควบคมกงหนลมผลตไฟฟาขนาดเลกแบบเชอมตอกรดขนาดไมตากวา 5 กโลวตต) นอกเหนอจากนระบบควบคมทงสองสามารถตดตามกาลงสงสดจากลมได ในสวนของการปองกนการเกดปรากฎการณ การจายไฟฟาแบบแยกตวอสระกสามารถทาไดตามเงอนไขของมาตรฐาน IEEE Std. 929-2000 โดยหลงจากทาการสรางและทดสอบตนแบบชดแรกเสรจโดยมคณสมบตทางเทคนคเปนไปตามความตองการแลว ทมผวจยทาการปรบปรงระบบควบคมโดยทาการปรบปรงแผนลายวงจรใหสามารถประกอบและผลตไดงาย มความแขงแรงทนทาน ใชอปกรณทหาไดภายในประเทศ ซงประโยชนทไดรบคอ สามารถสรางเทคโนโลยขนภายในประเทศทตนทนทตาลง ลดการนาเขาอปกรณจากตางประเทศ และยงสามารถพฒนาเพอสงออกตอไปในอนาคต

5.2 ขอเสนอแนะ จากผลการวจยแสดงใหเหนวาเราสามารถสรางระบบควบคมกงหนลมผลตไฟฟา

ขนาดเลกแบบเชอมตอกรดสาหรบกงหนลมได โดยควรออกแบบระบบใหมประสทธภาพสงขน ซงปจจยหลกอยางหนงทสงผลกบประสทธภาพของระบบคอแรงดนทผลตออกมาจากเครองกาเนดไฟฟาของกงหนลม ถาแรงดนทผลตไดจากเครองกาเนดไฟฟามคาตาเกนไปจะสงผลทาใหประสทธภาพของคอนเวอรเตอรฝงเครองกาเนดไฟฟาตา (เพราะกระแสทไหลในคอนเวอรมคาสงและตองมอตราการขยายแรงดนสง) ผลทตามมาคอจะทาใหประสทธภาพโดยรวมของระบบตา ดงนนในการออกแบบระบบทดควรทาการเลอกเครองกาเนดไฟฟาทสามารถแรงดนทเหมาะสมกบการใชงานของระบบ

Documents

บทสรุปผู้บริหาร Converter 4-3-2012e-lib.dede.go.th/mm-data/Bib14376-บทสรุปผู้บริหาร.pdf · 2 ศึกษาวิจัยและพ