จะจัดการขีดจำกัด 'ความไม่สมดุลของระบบสามเฟส' อย่างไรในโรงงานอุตสาหกรรมที่สอดคล้องตามมาตรฐานเยอรมนี VDE-AR-N 4105?

มาตรฐานระบบจ่ายไฟฟ้าแรงต่ำของเยอรมนี: VDE-AR-N 4105

เยอรมนีเป็นประเทศที่มีโครงข่ายไฟฟ้าที่ซับซ้อนและได้รับการควบคุมอย่างเข้มงวดที่สุดแห่งหนึ่งของโลก ขณะที่ประเทศนี้เร่งดำเนินนโยบายการเปลี่ยนผ่านพลังงาน (Energiewende) การเชื่อมต่อพลังงานแสงอาทิตย์แบบกระจายศูนย์เข้ากับระบบจ่ายไฟแรงต่ำจำเป็นต้องจัดการอย่างระมัดระวังเพื่อรักษาความปลอดภัยและความน่าเชื่อถือของระบบ โดยมาตรฐานทางเทคนิคพื้นฐานที่กำกับดูแลการเชื่อมต่อนี้คือมาตรฐาน VDE-AR-N 4105 ซึ่งมีชื่อว่า “เครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่เชื่อมต่อกับระบบจ่ายไฟแรงต่ำ” มาตรฐานนี้กำหนดกฎเกณฑ์ที่เข้มงวดเกี่ยวกับคุณภาพของพลังงาน การสนับสนุนระบบจ่ายไฟ และพฤติกรรมด้านความปลอดภัย ซึ่งระบบทั้งหมดที่ผลิตไฟฟ้าจะต้องปฏิบัติตาม สำหรับผู้จัดการโรงงานอุตสาหกรรม วิศวกรไฟฟ้า และผู้พัฒนาโซลาร์เซลล์ภาคธุรกิจในเยอรมนี การจัดการภาวะไม่สมดุลของกระแสไฟฟ้าสามเฟส (ที่เรียกว่า Schieflast) ถือเป็นหนึ่งในข้อกำหนดด้านการปฏิบัติตามที่สำคัญที่สุดภายใต้มาตรฐาน VDE-AR-N 4105 หากไม่สามารถรักษาสมดุลของระบบได้ อาจส่งผลให้ผู้ประกอบการระบบจ่ายไฟในท้องถิ่น (DSOs) ปฏิเสธการเชื่อมต่อ หรือตัดการเชื่อมต่อกับระบบจ่ายไฟทันที

คู่มือนี้อธิบายว่าความไม่สมดุลของระบบสามเฟสคืออะไร ทำไมมาตรฐาน VDE-AR-N 4105 จึงกำหนดข้อจำกัดเกี่ยวกับเรื่องนี้ และวิธีการจัดการและตั้งค่าระบบพลังงานแสงอาทิตย์สำหรับภาคอุตสาหกรรมอย่างมีประสิทธิภาพโดยใช้เครื่องแปลงกระแสไฟฟ้า (inverter) รุ่น JYINS ขั้นสูงและตัวควบคุมอัจฉริยะ

การวิเคราะห์ความไม่สมดุลของระบบสามเฟส (Schieflast)

ในระบบทั้งสามเฟสแบบกระแสสลับ (AC) ที่สมดุล คลื่นแรงดันและกระแสไฟฟ้าของแต่ละเฟสทั้งสามเฟส (L1, L2 และ L3) จะมีแอมพลิจูดเท่ากัน และมีการเลื่อนเฟสจากกันอย่างแม่นยำ 120 องศาไฟฟ้า ความไม่สมดุลของระบบสามเฟสจะเกิดขึ้นเมื่อโหลดไฟฟ้าหรือกำลังการผลิตไฟฟ้าไม่ได้กระจายอย่างเท่าเทียมกันไปยังทั้งสามเฟส

เหตุใดผู้ให้บริการระบบจำหน่ายไฟฟ้าจึงกำหนดข้อจำกัดเกี่ยวกับความไม่สมดุล:

• หม้อแปลงไฟฟ้าร้อนจัดเกินไป: กระแสไฟฟ้าที่ไม่เท่ากันในแต่ละเฟสจะก่อให้เกิดกระแสไหลผ่านสายกลาง (neutral current) ซึ่งไหลกลับไปยังหม้อแปลงไฟฟ้าของผู้ให้บริการระบบจำหน่ายไฟฟ้า กระแสดังกล่าวทำให้ขดลวดสายกลางของหม้อแปลงไฟฟ้าร้อนจัดเกินไป ส่งผลให้อายุการใช้งานลดลง และอาจทำให้หม้อแปลงไฟฟ้าเสียหายก่อนเวลาอันควร
• การบิดเบือนแรงดันไฟฟ้า: กระแสไฟฟ้าสูงบนเฟสเดียวทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าลดลงในท้องถิ่นบนเฟสนั้น ในขณะที่เฟสอื่นๆ จะมีแรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้น แรงดันไฟฟ้าที่ไม่สมดุลเช่นนี้อาจทำให้มอเตอร์อุตสาหกรรมสามเฟสและอุปกรณ์ไฟฟ้าที่ไวต่อแรงดันเสียหาย
• การตัดวงจรเนื่องจากข้อบกพร่องต่อพื้นดิน: ความไม่สมดุลรุนแรงอาจกระตุ้นรีเลย์ป้องกันข้อบกพร่องต่อพื้นดินหรือรีเลย์ป้องกันกระแสเกินที่จุดศูนย์กลาง (neutral) ที่สถานีย่อยในท้องถิ่น ส่งผลให้เกิดการดับของระบบไฟฟ้าในพื้นที่นั้น

เพื่อป้องกันปัญหาดังกล่าว มาตรฐาน VDE-AR-N 4105 กำหนดว่า ความไม่สมดุลของกำลังไฟฟ้าใช้งานสูงสุดระหว่างสองเฟสใดๆ จะต้องไม่เกิน 4.6 kVA ขีดจำกัดนี้ใช้กับจุดเชื่อมต่อร่วม (PCC) ซึ่งโรงงานอุตสาหกรรมเชื่อมต่อกับระบบจำหน่ายไฟฟ้าสาธารณะ ไม่ว่าความไม่สมดุลจะเกิดจากโหลดแบบเฟสเดียวของผู้บริโภค หรือการผลิตไฟฟ้าจากแผงโซลาร์เซลล์แบบเฟสเดียวที่ไม่เท่ากัน ความไม่สมดุลสุทธิจะต้องอยู่ภายใต้เกณฑ์ 4.6 kVA นี้เสมอ

กลยุทธ์ในการลดความไม่สมดุลของเฟสในระบบอุตสาหกรรม

การจัดการความไม่สมดุลของเฟสในโรงงานอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ จำเป็นต้องใช้กลยุทธ์ในการออกแบบอย่างรอบคอบ การกระจายโหลดให้สมดุล และการเลือกอินเวอร์เตอร์ที่ชาญฉลาด

• การใช้อินเวอร์เตอร์แบบสตริงสามเฟส: วิธีที่ง่ายที่สุดและมีประสิทธิภาพมากที่สุดในการป้องกันความไม่สมดุลของเฟสที่เกิดจากการผลิตไฟฟ้า คือการใช้อินเวอร์เตอร์แบบสตริงสามเฟสเฉพาะทาง เช่น ซีรีส์เชิงพาณิชย์ของ JYINS อินเวอร์เตอร์สามเฟสจะสมดุลกำลังขาออกโดยธรรมชาติ โดยจ่ายกำลังใช้งานเท่ากันไปยังสาย L1, L2 และ L3 เนื่องจากกำลังที่จ่ายมีลักษณะสมมาตร อินเวอร์เตอร์จึงไม่ก่อให้เกิดความไม่สมดุลของเฟสต่อโรงงานแต่อย่างใด
• การจัดวางอินเวอร์เตอร์แบบเฟสเดี่ยวที่สมมาตร: ในระบบที่มีขนาดเล็กซึ่งจำเป็นต้องใช้อินเวอร์เตอร์แบบเฟสเดี่ยว ต้องติดตั้งอินเวอร์เตอร์เหล่านี้เป็นกลุ่มละสามตัว โดยเชื่อมต่ออินเวอร์เตอร์แบบเฟสเดี่ยวที่มีกำลังไฟฟ้าเท่ากันเข้ากับสาย L1, L2 และ L3 ตามลำดับ เพื่อให้การผลิตพลังงานโดยรวมยังคงอยู่ในภาวะสมดุล อย่างไรก็ตาม หากอินเวอร์เตอร์ตัวใดตัวหนึ่งหยุดทำงานเนื่องจากข้อบกพร่อง ระบบจะเกิดภาวะไม่สมดุลทันที เพื่อให้สอดคล้องกับมาตรฐาน VDE-AR-N 4105 อินเวอร์เตอร์เหล่านี้ต้องเชื่อมต่อกันผ่านระบบสื่อสาร เพื่อให้เมื่ออินเวอร์เตอร์ตัวหนึ่งตัดการทำงาน อีกสองตัวที่เหลือจะลดกำลังการผลิตโดยอัตโนมัติ เพื่อรักษาภาวะไม่สมดุลให้อยู่ต่ำกว่า 4.6 กิโลโวลต์-แอมแปร์
• การปรับสมดุลโหลดระหว่างเฟสสำหรับโหลดเชิงอุตสาหกรรม: สถานประกอบการเชิงอุตสาหกรรมมีอุปกรณ์สำนักงาน ระบบแสงสว่าง และเครื่องจักรเฉพาะทางที่ใช้ไฟฟ้าแบบเฟสเดี่ยวจำนวนมาก วิศวกรไฟฟ้าจึงจำเป็นต้องตรวจสอบสถานที่อย่างละเอียดและกระจายโหลดเหล่านี้ให้สม่ำเสมอมากที่สุดเท่าที่จะทำได้ทั่วทั้งสามเฟส การออกแบบให้มีการโหลดอย่างสมมาตรตั้งแต่ขั้นตอนการออกแบบ จะช่วยลดภาวะไม่สมดุลพื้นฐานให้น้อยที่สุด ซึ่งจะส่งผลต่อการปฏิสัมพันธ์ของระบบพลังงานแสงอาทิตย์

บทบาทของอินเวอร์เตอร์ JYINS และมิเตอร์อัจฉริยะภายนอก

แม้เครื่องแปลงไฟฟ้าสามเฟสจะช่วยแก้ปัญหาความไม่สมดุลในการผลิตไฟฟ้า แต่ความไม่สมดุลที่จุดเชื่อมต่อกับระบบจำหน่ายไฟฟ้าจริงๆ นั้นเกิดจากผลรวมของทั้งการผลิตและการใช้พลังงาน หากโรงงานอุตสาหกรรมมีโหลดที่ไม่สมดุล เครื่องแปลงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์สามเฟสแบบสมมาตรก็ไม่สามารถปรับสมดุลได้โดยอัตโนมัติ ยกเว้นจะมีการควบคุมอย่างชาญฉลาด

เพื่อแก้ไขปัญหานี้ เครื่องแปลงไฟฟ้าไฮบริดสามเฟสสมัยใหม่ของ JYINS รองรับการชดเชยเฟสแบบไดนามิก และสามารถผสานการทำงานร่วมกับมิเตอร์อัจฉริยะภายนอกได้

• การตรวจสอบแบบเรียลไทม์: ติดตั้งมิเตอร์อัจฉริยะความแม่นยำสูง (เช่น มิเตอร์ Janitza หรือมิเตอร์ JYINS ที่เป็นไปตามมาตรฐาน VDE) ที่จุดเชื่อมต่อกับระบบจำหน่ายไฟฟ้าหลัก โดยมิเตอร์นี้จะตรวจวัดกระแสไฟฟ้าและกำลังไฟฟ้าใช้งานบนสาย L1, L2 และ L3 อย่างต่อเนื่อง พร้อมเก็บตัวอย่างข้อมูลหลายครั้งต่อวินาที
• การจัดสรรพลังงานแบบไดนามิก (การควบคุมที่ไม่ขึ้นกับเฟส): อินเวอร์เตอร์สามเฟสแบบมาตรฐานต้องส่งออกพลังงานเท่ากันในทุกเฟส อย่างไรก็ตาม อินเวอร์เตอร์ไฮบริดขั้นสูงของ JYINS มีคุณสมบัติการควบคุมกำลังไฟแต่ละเฟสอย่างอิสระ หากมิเตอร์อัจฉริยะตรวจพบว่าเฟส L1 ดึงพลังงานเข้า 5 กิโลวัตต์ ในขณะที่เฟส L2 และ L3 มีสมดุล อินเวอร์เตอร์ JYINS จะปรับการสลับภายในให้ป้อนพลังงานเพิ่มเข้าไปยังเฟส L1 พร้อมลดการส่งออกพลังงานที่เฟส L2 และ L3 การชดเชยเฟสแบบใช้งานนี้จะปรับสมดุลกระแสพลังงานสุทธิที่มิเตอร์ของการไฟฟ้าแบบไดนามิก
• การผสานระบบเก็บพลังงานจากแบตเตอรี่: ในช่วงที่มีความไม่สมดุลของโหลดรุนแรงเป็นพิเศษ อินเวอร์เตอร์ไฮบริดของ JYINS สามารถดึงพลังงานจากธนาคารแบตเตอรี่มาจ่ายให้กับเฟสที่มีโหลดหนักเป็นพิเศษ โดยรักษาระดับความไม่สมดุลของกริดสุทธิไว้ต่ำกว่าขีดจำกัด 4.6 กิโลโวลต์-แอมแปร์ ตามมาตรฐาน VDE-AR-N 4105

การติดตั้งและจัดทำเอกสารสำหรับบริษัทจำหน่ายไฟฟ้าในเยอรมนี

ก่อนที่สถานีพลังงานแสงอาทิตย์เชิงพาณิชย์แห่งหนึ่งจะได้รับอนุญาตให้เริ่มดำเนินการในเยอรมนี ผู้ให้บริการระบบส่งจ่ายไฟฟ้าในพื้นที่ (DSO) ท้องถิ่น เช่น Westnetz, Netze BW หรือ Bayernwerk จะดำเนินการตรวจสอบความเข้ากันได้กับระบบสายส่งอย่างละเอียด ผู้พัฒนาโครงการจำเป็นต้องจัดเตรียมเอกสารที่ชัดเจนเพื่อแสดงว่าสอดคล้องตามข้อกำหนด VDE-AR-N 4105:

• ใบรับรองความสอดคล้อง (Einheitenzertifikat): เอกสารฉบับนี้รับรองว่าอินเวอร์เตอร์ JYINS ผ่านการทดสอบและรับรองโดยหน่วยงานทดสอบในยุโรปที่ได้รับการรับรองแล้ว ซึ่งยืนยันว่าสอดคล้องกับข้อกำหนดทั้งหมดตามมาตรฐาน VDE-AR-N 4105
• แผนผังวงจรไฟฟ้า: แผนผังแบบละเอียดที่แสดงการต่อแบบสามเฟส อุปกรณ์รีเลย์เพื่อความปลอดภัย และตำแหน่งของมิเตอร์อัจฉริยะภายนอก
• บันทึกการตั้งค่า: บันทึกที่พิมพ์ออกมาจากซอฟต์แวร์ติดตั้งและปรับแต่งอินเวอร์เตอร์ ซึ่งแสดงว่าได้เลือกโปรไฟล์ระบบสายส่งไฟฟ้าของเยอรมนี เปิดใช้งานการชดเชยเฟสแบบแอคทีฟ และพารามิเตอร์การสื่อสารแบบ fail-safe ทำงานได้อย่างสมบูรณ์

ด้วยการร่วมมือกับ JYINS และเลือกอินเวอร์เตอร์สามเฟสประสิทธิภาพสูงที่ผ่านการรับรองอย่างสมบูรณ์แบบ รวมถึงระบบจัดเก็บพลังงานแบบไฮบริดของเรา ผู้จัดจำหน่ายโซลาร์แบบ B2B และบริษัทรับเหมา EPC สามารถเร่งกระบวนการอนุมัติจากหน่วยงานสาธารณูปโภคและส่งมอบโซลูชันพลังงานสำหรับภาคอุตสาหกรรมที่มีประสิทธิภาพสูง ปฏิบัติตามข้อกำหนดอย่างเคร่งครัด และมีความทนทานสูงทั่วประเทศเยอรมนี