SVG มีบทบาทอะไรในการชดเชยกำลังปฏิบัติ (reactive power) ของระบบไฟฟ้า?

หลักการทำงานของ SVG: หลักการปฏิบัติการพื้นฐานและการควบคุมกระแสไฟฟ้าปฏิบัติ

เครื่องกำเนิดแรงดันไฟฟ้าแบบสถิต (Static Var Generators) หรือที่มักเรียกกันโดยทั่วไปว่า SVGs นั้นทำงานแตกต่างจากวิธีการแบบดั้งเดิมในการจัดการกำลังปฏิกิริยา (reactive power) โดยอุปกรณ์เหล่านี้อาศัยชิ้นส่วนเซมิคอนดักเตอร์ที่เรียกว่า IGBTs ในการผลิตหรือดูดซับกระแสปฏิกิริยา (วัดเป็นหน่วย VAR) โดยไม่มีส่วนประกอบกลไกใดๆ ที่เคลื่อนไหว การทำงานของมันนั้นค่อนข้างชาญฉลาดจริงๆ คือ มันสร้างกระแสไฟฟ้าที่มีทิศทางตรงข้ามกันโดยใช้เทคนิคที่เรียกว่า pulse width modulation (PWM) เมื่อมีโหลดแบบเหนี่ยวนำ (inductive load) ซึ่งทำให้เกิดภาวะเลื่อนเฟส (lag) SVG จะส่งกระแสไฟฟ้าแบบความจุ (capacitive current) ออกมาระดับสมดุล ในทางกลับกัน หากมีโหลดแบบความจุ (capacitive load) ซึ่งก่อให้เกิดปัญหาในรูปแบบอื่น SVG จะทำในสิ่งตรงข้าม และกระบวนการทั้งหมดนี้เกิดขึ้นอย่างรวดเร็วมาก สามารถปรับค่า Power Factor ของระบบให้ใกล้เคียงกับค่าที่สมบูรณ์แบบภายในเศษเสี้ยวของวินาทีเท่านั้น

การกลับผันแรงดันแบบแหล่งจ่ายไฟฟ้า (Voltage-Source Inversion) ที่ใช้ IGBT เพื่อสร้างกำลังปฏิกิริยา (VAR) แบบทันทีทันใด

นวัตกรรมหลักคือสถาปัตยกรรมของคอนเวอร์เตอร์แบบแหล่งจ่ายแรงดันที่ใช้ IGBT การสลับแรงดันบัสกระแสตรงอย่างรวดเร็วด้วยคู่ IGBT ที่เชื่อมต่อกลับ (anti-parallel) สร้างคลื่นสามเฟสกระแสสลับได้อย่างแม่นยำ โดยมีเฟสเลื่อนไป 90° เทียบกับแรงดันระบบไฟฟ้า—ทำให้สามารถควบคุมกำลังปฏิกิริยาได้อย่างแม่นยำและต่อเนื่อง ซึ่งสัดส่วนของกำลังปฏิกิริยาที่ส่งออกจะแปรผันตามแรงดันระบบอย่างตรงสัดส่วน ข้อได้เปรียบหลักเมื่อเทียบกับวิธีการแบบดั้งเดิม ได้แก่:

• การกำจัดความเสี่ยงจากการเกิดเรโซแนนซ์ฮาร์โมนิกซึ่งมีอยู่โดยธรรมชาติในธนาคารตัวเก็บประจุ
• การปรับค่าอย่างราบรื่นและไม่มีขั้นตอน (stepless) ตลอดช่วงการทำงานตั้งแต่โหมดตัวเก็บประจุ (capacitive) ไปจนถึงโหมดขดลวดเหนี่ยวนำ (inductive)
• กระแสขาออกที่ไม่ขึ้นกับแรงดัน—ต่างจาก SVC ที่ควบคุมด้วยไทริสเตอร์

การตอบสนองแบบไดนามิกภายในระดับย่อยมิลลิวินาที (Sub-Millisecond) เทียบกับข้อจำกัดของการสวิตช์แบบกลไก

SVG สามารถตอบสนองได้ภายใน 1–5 มิลลิวินาที—เร็วกว่าตัวเก็บประจุที่ควบคุมด้วยไทริสเตอร์ (300–500 มิลลิวินาที) ถึง 100–300 เท่า และเร็วกว่าสวิตช์แบบกลไกหลายลำดับชั้น ซึ่งมีความล่าช้า 20–40 รอบ (cycle) เนื่องจากการเคลื่อนที่ของจุดสัมผัสทางกายภาพและข้อจำกัดในการจุดระเบิดใหม่ ความเร็วระดับย่อยหนึ่งรอบ (sub-cycle) นี้มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อ:

• ป้องกันการล้มเหลวของแรงดันไฟฟ้าขณะสตาร์ทมอเตอร์หรือเมื่อเครื่องกำเนิดไฟฟ้าถูกตัดออก
• ลดผลกระทบของความผันผวนของแสงสว่าง (flicker) ในการใช้งานเตาอาร์คและงานเชื่อม
• รักษาเสถียรภาพของแรงดันไฟฟ้าท่ามกลางการเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วของกำลังการผลิตจากพลังงานแสงอาทิตย์/ลม

ที่สำคัญ ระบบ SVG สามารถเปลี่ยนโหมดระหว่างแบบเก็บประจุ (capacitive) และแบบเหนี่ยวนำ (inductive) ได้อย่างต่อเนื่องโดยไม่มีการหยุดชะงัก—จึงสามารถจัดหาสำรองกำลังปฏิกิริยา (reactive reserves) อย่างต่อเนื่องแม้ในช่วงการขับเคลื่อนผ่านภาวะขัดข้อง (Fault Ride-Through: FRT) ซึ่งเป็นความสามารถที่ระบบกลไกไม่สามารถทำได้

SVG เพื่อปรับปรุงคุณภาพพลังงาน: คลื่นรบกวนฮาร์โมนิก ความไม่สมดุลของเฟส และการปฏิบัติตามมาตรฐาน

การกรองคลื่นรบกวนฮาร์โมนิกแบบเรียลไทม์และการแก้ไขความไม่สมดุลของสามเฟส

เทคโนโลยี SVG ช่วยต่อต้านการบิดเบือนฮาร์โมนิกโดยส่งกระแสไฟฟ้าที่มีทิศทางตรงข้ามออกอย่างรวดเร็วเกือบจะทันที ซึ่งทำให้ความถี่รบกวนที่ไม่พึงประสงค์จากอุปกรณ์ต่างๆ เช่น ไดรฟ์ความถี่แปรผัน (VFDs) ถูกทำให้เป็นกลาง เมื่อกระบวนการนี้เกิดขึ้นแบบเรียลไทม์ จะช่วยควบคุมระดับการบิดเบือนฮาร์โมนิกโดยรวม (THD) ให้อยู่ต่ำกว่า 5% ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญยิ่งต่ออุปกรณ์ที่ไวต่อการรบกวนทั้งหลายบนพื้นโรงงาน อีกหนึ่งข้อได้เปรียบสำคัญของ SVG คือความสามารถในการจัดการความไม่สมดุลของแรงดันไฟฟ้าสามเฟส ผ่านวิธีการจัดการกำลังปฏิกิริยา (reactive power) บนแต่ละเฟสอย่างเฉพาะเจาะจง ตัวอย่างเช่น โรงงานผลิตที่ใช้เครื่องตัดเลเซอร์แบบเฟสเดียวจำนวนมาก ทำงานร่วมกับเครื่องจักรขนาดใหญ่แบบสามเฟส หากไม่มีการปรับสมดุลที่เหมาะสม มอเตอร์อาจร้อนจัดและเสียหายก่อนเวลาอันควร แต่เมื่อติดตั้งระบบ SVG แล้ว เราพบว่าระดับความไม่สมดุลของแรงดันไฟฟ้าลดลงอย่างมาก จากประมาณ 8% เหลือเพียงกว่า 2% เท่านั้น และต่างจากระบบตัวกรองแบบพาสซีฟรุ่นเก่า ระบบ SVG ไม่จำเป็นต้องรอให้สวิตช์ทำงานหรือเผชิญกับปัญหาการปรับแต่ง (tuning) ที่ยุ่งยากซึ่งจำกัดประสิทธิภาพการทำงาน

การปฏิบัติตามข้อกำหนดของมาตรฐาน IEEE 519–2022 สำหรับสถานที่อุตสาหกรรมที่มีการรบกวนสูง

เทคโนโลยี SVG ช่วยให้ระบบสอดคล้องตามมาตรฐาน IEEE 519-2022 โดยการจัดการฮาร์โมนิกอย่างแข้งขัน จนถึงลำดับที่ 50 แม้ในสภาวะแวดล้อมที่ท้าทาย เช่น ภายในเตาอาร์คหรือศูนย์ข้อมูล เมื่อระดับความผิดเพี้ยนของแรงดันที่จุดเชื่อมต่อกับระบบจำหน่าย (PCC) เริ่มเกิน 10% อุปกรณ์ SVG เหล่านี้จะควบคุมค่าความผิดเพี้ยนรวมจากฮาร์โมนิก (THD) ให้อยู่ที่ประมาณ 3.5% หรือต่ำกว่า ซึ่งต่ำกว่าขีดจำกัด 5% ที่บริษัทจำหน่ายไฟฟ้าส่วนใหญ่กำหนดไว้อย่างชัดเจน ตัวอย่างจริงหนึ่งกรณีเกิดขึ้นที่โรงงานผลิตเซมิคอนดักเตอร์ ซึ่งหลังติดตั้งอุปกรณ์ SVG แล้ว ปัญหาฮาร์โมนิกลดลงประมาณ 92% และยังประหยัดค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษาแบงก์ตัวเก็บประจุได้ราว 740,000 ดอลลาร์สหรัฐต่อปี ตามรายงานของสถาบัน Ponemon Institute เมื่อปีที่ผ่านมา นอกจากการปฏิบัติตามข้อบังคับแล้ว แนวทางเชิงรุกแบบนี้ยังช่วยป้องกันค่าปรับที่อาจเกิดขึ้น ปกป้องหม้อแปลงไฟฟ้าไม่ให้รับภาระเกินจำเป็น และสนับสนุนให้การดำเนินงานเป็นไปอย่างราบรื่นโดยไม่มีการหยุดชะงักที่ไม่คาดคิด

SVG ในฐานะตัวช่วยเสริมความมั่นคงของระบบส่งไฟฟ้า: การรองรับแรงดันไฟฟ้าและการทำงานต่อเนื่องผ่านเหตุขัดข้อง

การควบคุมแรงดันไฟฟ้าแบบไดนามิกในช่วงที่ระบบส่งไฟฟ้าเกิดความผิดปกติและเหตุการณ์การทำงานต่อเนื่องผ่านเหตุขัดข้อง (FRT)

เทคโนโลยี SVG ช่วยรักษาเสถียรภาพของระบบส่งไฟฟ้าโดยการป้อนหรือดูดซับกำลังปฏิกิริยา (reactive power) อย่างรวดเร็วเกือบจะทันทีทันใดเมื่อเกิดภาวะแรงดันไฟฟ้าตก แรงดันไฟฟ้าเกิน หรือข้อบกพร่องของระบบ ขณะที่ธนาคารตัวเก็บประจุแบบกลไก (mechanical capacitor banks) ใช้เวลาประมาณ 3–5 รอบคลื่นในการตอบสนอง แต่ระบบ SVG สามารถตอบสนองได้ทันที ทำให้รักษาระดับแรงดันไฟฟ้าไว้ภายในขอบเขตประมาณ ±2% ของค่าปกติ และป้องกันไม่ให้อุปกรณ์ป้องกัน (protective devices) ทำงานผิดพลาดโดยไม่จำเป็น สำหรับสถานการณ์การทำงานต่อเนื่องผ่านเหตุขัดข้อง (Fault Ride-Through) ระบบนี้ยังคงรักษาสำรองกำลังปฏิกิริยาไว้เพียงพอเพื่อให้สอดคล้องกับข้อกำหนดที่เข้มงวดของระบบส่งไฟฟ้า เช่น ที่ระบุไว้ในมาตรฐาน IEEE 1547-2018 สำหรับพื้นที่ที่พลังงานลมมีสัดส่วนสูงในโครงสร้างแหล่งผลิตไฟฟ้า การใช้ระบบควบคุมแรงดันไฟฟ้าแบบ SVG ช่วยลดจำนวนเหตุการณ์ไฟฟ้าดับลงได้ประมาณ 60% เมื่อเทียบกับวิธีการแบบเดิม ตามผลการวิจัยที่ตีพิมพ์ในวารสาร Power Systems Research เมื่อปี ค.ศ. 2023

หลักฐานจากกรณีศึกษา: การเชื่อมต่อฟาร์มกังหันลมแรงดัน 33 กิโลโวลต์เข้ากับระบบไฟฟ้าโดยใช้ SVG เพื่อสำรองกำลังปฏิกิริยา

ฟาร์มกังหันลมแรงดัน 33 กิโลโวลต์ที่ประกอบด้วยกังหันลม 15 ตัวแสดงให้เห็นถึงผลกระทบของ SVG ในการเสริมความมั่นคงของระบบไฟฟ้า ทั้งนี้ ก่อนติดตั้งระบบ SVG แรงดันไฟฟ้าลดลงเกิน 8% อันเนื่องมาจากลมกระโชก ส่งผลให้กังหันลมต้องตัดการเชื่อมต่อออกจากกริด หลังจากติดตั้งระบบ SVG ขนาด 5 MVAR แล้ว กำลังปฏิกิริยาสำรองสามารถรักษาระดับแรงดันไว้ภายในช่วง ±1.5% ของค่าพื้นฐานได้ในระหว่างเหตุการณ์ FRT ถึง 98% ผลลัพธ์สำคัญประกอบด้วย:

• ลดความรุนแรงของการตกต่ำของแรงดัน (voltage sags) ลง 70% สำหรับค่าแรงดันต่ำกว่า 0.9 หน่วยสัมพัทธ์ (pu) ระหว่างเกิดข้อบกพร่องในระบบไฟฟ้า
• ไม่มีกังหันลมใดๆ ตัดการเชื่อมต่อออกจากกริด (dropouts) แม้แต่ตัวเดียว แม้ในช่วงเวลาที่เกิดข้อบกพร่องเพียง 0.15 วินาที
• สอดคล้องตามข้อกำหนดของรหัสกริด EN 50549-2:2019 อย่างสมบูรณ์แบบ สำหรับการเชื่อมต่อแหล่งพลังงานหมุนเวียนเข้ากับระบบไฟฟ้า

กรณีศึกษานี้ยืนยันบทบาทของ SVG ในการสนับสนุนการผสานรวมพลังงานหมุนเวียนเข้ากับระบบไฟฟ้าอย่างเชื่อถือได้และในสัดส่วนสูง

SVG เทียบกับทางเลือกอื่น: ความยืดหยุ่นในการดำเนินงานและมูลค่าตลอดอายุการใช้งาน

เทคโนโลยี SVG มีความยืดหยุ่นสูงกว่าธนาคารตัวเก็บประจุแบบดั้งเดิมและระบบควบคุมด้วยไทริสเตอร์อย่างมาก เมื่อเทียบกับตัวเลือกเชิงกลที่เปลี่ยนสถานะเป็นขั้นตอนๆ ซึ่งมีความล่าช้าที่สังเกตได้ชัดเจนแล้ว SVG สามารถจัดการกำลังปฏิกิริยาอย่างต่อเนื่องในทั้งสองทิศทางได้เกือบจะทันที ซึ่งช่วยกำจัดปัญหาสัญญาณรบกวนชั่วคราว (transients) และการแปรผันของแรงดันไฟฟ้า (voltage flicker) ที่น่ารำคาญเหล่านั้นออกไปได้อย่างสิ้นเชิง ความเร็วในการตอบสนองนี้คือปัจจัยสำคัญยิ่งในอุตสาหกรรมที่มีภาระงานเปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่อง เช่น การเชื่อมโลหะและการรีดเหล็ก ขณะที่อุปกรณ์มาตรฐานไม่สามารถตามทันได้เมื่อเวลาตอบสนองเกิน 100 มิลลิวินาที ซึ่งส่งผลให้เกิดความไม่เสถียรและปัญหาในการผลิตที่ไม่มีใครอยากเผชิญ

ข้อเสนอคุณค่าตลอดอายุการใช้งานนั้นโดดเด่นอย่างแท้จริงเมื่อพิจารณาจากระบบเหล่านี้ เทคโนโลยี SVG ช่วยลดการสูญเสียพลังงานได้จริงถึงครึ่งหนึ่งถึงสามในสี่ เมื่อเทียบกับโมเดล SVC แบบเดียวกัน ทำไมจึงเป็นเช่นนั้น? เพราะไม่มีการให้ความร้อนแก่รีแอคเตอร์อีกต่อไป และเรายังไม่จำเป็นต้องจัดการกับตัวกรองฮาร์โมนิกภายนอกที่สร้างปัญหาอีกด้วย ซึ่งหมายความว่าสามารถประหยัดค่าพลังงานได้จริงในระยะยาว อีกข้อได้เปรียบสำคัญคือ ระบบ SVG ไม่มีชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวเลย รวมทั้งไม่มีตัวเก็บประจุที่เสื่อมสภาพตามอายุการใช้งานและต้องเปลี่ยนใหม่เป็นประจำ การตรวจสอบและบำรุงรักษามีช่วงเวลาห่างกันนานขึ้นถึง 3–5 ปี เมื่อเทียบกับระบบที่ใช้หลักกลไกและแม่เหล็กไฟฟ้ารุ่นเก่า บางโครงการเหมืองแร่รายงานว่าสามารถใช้งานระบบเหล่านี้ได้ใกล้เคียงกับอัตราการใช้งาน (uptime) ถึง 99.5% ซึ่งแน่นอนว่าช่วยหลีกเลี่ยงการหยุดการผลิตที่มีค่าใช้จ่ายสูง นอกจากนี้ ขนาดทางกายภาพของหน่วย SVG มีพื้นที่ครอบครองน้อยกว่าธนาคารตัวเก็บประจุแบบดั้งเดิมประมาณ 40–60% ทำให้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการติดตั้งเพิ่มเติม (retrofitting) ภายในสถานที่ที่มีพื้นที่จำกัด

คำถามที่พบบ่อย

SVG คืออะไร และทำงานอย่างไร?

SVG หรือ Static Var Generator คืออุปกรณ์ที่จัดการกำลังปฏิบัติโดยไม่มีส่วนประกอบกลไกที่เคลื่อนไหว โดยใช้ IGBT เพื่อสร้างกระแสไฟฟ้าที่มีทิศทางตรงข้ามกัน เพื่อปรับสมดุลโหลดแบบเหนี่ยวนำหรือแบบความจุได้เกือบจะทันที

SVG ช่วยปรับปรุงคุณภาพของพลังงานไฟฟ้าอย่างไร?

SVG ช่วยปรับปรุงคุณภาพของพลังงานไฟฟ้าโดยการกรองฮาร์โมนิก แก้ไขภาวะความไม่สมดุลของระบบสามเฟส และรักษาความสอดคล้องตามมาตรฐานอุตสาหกรรม เช่น IEEE 519-2022 ทั้งนี้ยังช่วยลดภาวะแรงดันตก (voltage sags) และควบคุมระดับ THD ให้อยู่ในเกณฑ์ต่ำ

เทคโนโลยี SVG มีข้อดีอย่างไรเมื่อเปรียบเทียบกับวิธีการแบบดั้งเดิม?

เทคโนโลยี SVG มีข้อได้เปรียบเหนือธนาคารตัวเก็บประจุแบบดั้งเดิมและระบบควบคุมด้วยไทริสเตอร์ ทั้งในด้านเวลาตอบสนองที่เร็วกว่า ความยืดหยุ่นสูงกว่า การสูญเสียพลังงานน้อยลง ความต้องการการบำรุงรักษาน้อยลง และการใช้พื้นที่อย่างมีประสิทธิภาพ