การจัดการพลังงานปฏิกิริยาไม่ใช่ทางเลือกสำหรับพลังงานแสงอาทิตย์ที่เชื่อมต่อกับกริดอีกต่อไป เนื่องจากตลาดพลังงานแสงอาทิตย์ที่มีการรุกคืบสูงในออสเตรเลีย เยอรมนี สเปน และตะวันออกกลางได้เข้มงวดกับรหัสกริดของตน EPC และผู้วางระบบจึงต้องเข้าใจว่ากำลังไฟฟ้ารีแอกทีฟคืออะไร โหมดควบคุม Q แบบใดที่ใช้กับตลาดของตน และวิธีการกำหนดค่าอย่างถูกต้องบนอินเวอร์เตอร์ Sungrow ก่อนที่ผู้ตรวจสอบ DNO จะมาถึงไซต์งาน
กำลังจริงเทียบกับกำลังรีแอกทีฟ: สรุปสั้นๆ
ไฟฟ้ากระแสสลับไหลในปริมาณที่สัมพันธ์กันสามปริมาณ กำลังจริง (kW) เป็นส่วนประกอบที่ทำงานที่เป็นประโยชน์ เช่น การหมุนมอเตอร์ อาคารไฟส่องสว่าง กระบวนการที่ทำงานอยู่ กำลังไฟฟ้ารีแอกทีฟ (kVAr) ไม่ทำงานเน็ตตลอดวงจร แต่จำเป็นสำหรับการรักษาระดับแรงดันไฟฟ้าที่ช่วยให้พลังงานจริงไหลผ่านเครือข่ายได้อย่างมีประสิทธิภาพ กำลังไฟฟ้าปรากฏ (kVA) คือผลรวมเวกเตอร์ของทั้งสอง: kVA = √(kW² + kVAr²) อัตราส่วนของกำลังจริงต่อกำลังปรากฏคือ ตัวประกอบกำลัง (PF = kW / kVA) โดยมีเอกภาพ (1.0) แสดงถึงโหลดความต้านทานเพียงอย่างเดียว และค่าที่ต่ำกว่าแสดงถึงความต้องการปฏิกิริยาที่เพิ่มขึ้น
สิ่งที่ทำให้อินเวอร์เตอร์พลังงานแสงอาทิตย์มีประโยชน์เป็นพิเศษสำหรับการจัดการพลังงานแบบรีแอกทีฟก็คือ อินเวอร์เตอร์เหล่านี้เป็นระบบอิเล็กทรอนิกส์เต็มรูปแบบ โดย Sungrow string หรืออินเวอร์เตอร์ส่วนกลางที่ทันสมัยสามารถสร้างหรือดูดซับพลังงานรีแอกทีฟในสัดส่วนใดๆ ก็ตามที่สัมพันธ์กับเอาท์พุตกำลังไฟฟ้าที่ใช้งานอยู่ สูงสุดถึงขีดจำกัดกำลังไฟฟ้าปรากฏ (kVA) ที่กำหนดได้แทบจะในทันที สิ่งนี้ทำให้ผู้ให้บริการเครือข่ายมีทรัพยากรพลังงานปฏิกิริยาที่รวดเร็วและควบคุมได้ ซึ่งธนาคารตัวเก็บประจุแบบคงที่ไม่สามารถเทียบได้ อินเวอร์เตอร์พลังงานแสงอาทิตย์ยังสามารถให้พลังงานปฏิกิริยาเมื่อไม่มีแสงแดดเลย โดยใช้พลังงานกริดเพื่อรักษาบัส DC ภายในไว้ — ความสามารถที่กล่าวถึงในส่วน VAr ในเวลากลางคืนด้านล่าง
เหตุใดผู้ให้บริการโครงข่ายไฟฟ้าจึงต้องการพลังงานปฏิกิริยาจากพลังงานแสงอาทิตย์
โรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ขนาดใหญ่สร้างปัญหาที่มีลักษณะเฉพาะ: ในช่วงที่มีการผลิตไฟฟ้าสูงสุดในตอนกลางวัน โรงไฟฟ้าเหล่านี้จะผลักดันพลังงานที่แท้จริงจำนวนมากไปยังเครือข่ายท้องถิ่น เนื่องจากตัวป้อนแบบกระจายส่วนใหญ่มีอิมพีแดนซ์แบบต้านทาน-ปฏิกิริยาที่ไม่สำคัญ การไหลของกำลังนี้จะเพิ่มแรงดันไฟฟ้าในพื้นที่ที่จุดเชื่อมต่อและตามแนวตัวป้อน หากแรงดันไฟฟ้าสูงเกินไป ตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าอัตโนมัติของผู้ปฏิบัติงานเครือข่ายจะลดระดับลง แต่ในพื้นที่ที่มีการเจาะสูง เครื่องเปลี่ยนแทปแบบทั่วไปไม่สามารถตอบสนองได้เร็วเพียงพอหรือมีรายละเอียดเพียงพอเพื่อป้องกันเหตุการณ์แรงดันไฟเกินชั่วขณะ
วิธีแก้ปัญหาคือการกำหนดให้อินเวอร์เตอร์พลังงานแสงอาทิตย์ดูดซับพลังงานปฏิกิริยา (ทำงานที่ตัวประกอบกำลังไฟฟ้าที่ล้าหลังจากมุมมองของโครงข่าย) เมื่อแรงดันไฟฟ้าในพื้นที่สูง โดยดึงแรงดันไฟฟ้ากลับมาที่ค่าที่กำหนด ในทางกลับกัน เมื่อแรงดันไฟฟ้าลดลง ซึ่งเป็นเรื่องปกติในช่วงที่มีเมฆมากหรือมีภาระงานหนักทางอุตสาหกรรม อินเวอร์เตอร์สามารถจ่ายพลังงานรีแอกทีฟเพื่อรองรับแรงดันไฟฟ้าได้ ความสามารถในการรองรับแรงดันไฟฟ้าแบบไดนามิกนี้เป็นสิ่งที่ทำให้โค้ดกริดเป็นเช่นนั้น AS/นิวซีแลนด์ 4777.2, VDE-AR-N 4105และ ข้อกำหนดของ ENTSO-E สำหรับเครื่องกำเนิดไฟฟ้า (RfG) กำหนดเส้นโค้งการตอบสนองพลังงานปฏิกิริยาเฉพาะจากการติดตั้งพลังงานแสงอาทิตย์ที่เชื่อมต่อกับกริดที่สูงกว่าขนาดเกณฑ์
สำหรับ EPC ผลที่ตามมาในทางปฏิบัติคือความสามารถในการใช้พลังงานรีแอกทีฟและการกำหนดค่าที่ถูกต้องนั้นไม่ใช่การทดลองใช้งานในภายหลัง โดยจะต้องได้รับการออกแบบในการเลือกอินเวอร์เตอร์ การกำหนดขนาด kVA และข้อตกลงการเชื่อมต่อกริดตั้งแต่เริ่มแรก อัตรา kVA ของอินเวอร์เตอร์ที่มีขนาดเล็กเกินไปสามารถป้องกันไม่ให้โรงงานบรรลุภาระผูกพันด้านพลังงานรีแอกทีฟที่เอาท์พุตกำลังไฟฟ้าที่ได้รับพิกัด
โหมดควบคุมกำลังรีแอกทีฟ
อินเวอร์เตอร์สมัยใหม่ เช่น ซีรีส์สตริงเชิงพาณิชย์ SG-CX ของ Sungrow และซีรีส์ไฮบริด SH รองรับโหมดควบคุมพลังงานรีแอกทีฟหลายโหมด โหมดที่ถูกต้องระบุโดยรหัสกริดท้องถิ่นหรือข้อตกลงการเชื่อมต่อของ DNO ตารางด้านล่างสรุปโหมดที่พบบ่อยที่สุดและการใช้งานทั่วไป
| โหมด | คำอธิบาย | การใช้งานทั่วไป |
|---|---|---|
| ตัวประกอบกำลังคงที่ | PF ตั้งค่าเป็นค่าคงที่ (เช่น 0.95 ล้าหลังหรือนำหน้า) โดยไม่คำนึงถึงเอาต์พุต | การปฏิบัติตามรหัสกริดอย่างง่ายซึ่งจำเป็นต้องมีออฟเซ็ตคงที่ |
| เพราะ φ(P) | ตัวประกอบกำลังจะแตกต่างกันไปตามฟังก์ชันของกำลังไฟฟ้าเอาท์พุตที่ใช้งานอยู่ตามเส้นโค้งที่กำหนด | ข้อกำหนดเริ่มต้นของเยอรมัน VDE-AR-N 4105 ที่สูงกว่า 4.6 kVA |
| คิว(ยู) | กำลังไฟฟ้ารีแอกทีฟ (VAr) จะแตกต่างกันไปตามฟังก์ชันของแรงดันไฟฟ้ากริดที่วัดได้ | รองรับแรงดันไฟฟ้าแบบไดนามิกขั้นสูง การตอบสนอง AS/NZS 4777.2 โวลต์-VAr |
| ถาม(P) | พลังงานปฏิกิริยาจะแตกต่างกันไปตามกำลังไฟฟ้าที่ใช้งานอยู่ | ระบบที่สอดคล้องกับ ENTSO-E RfG; เส้นโค้งการจัดส่งที่ระบุโดยยูทิลิตี้ |
| แก้ไขคำถาม | การตั้งค่า VAr คงที่โดยไม่คำนึงถึงพลังงานที่ใช้งานอยู่ | การจัดส่งสาธารณูปโภคเฉพาะหรือการสมัครเปลี่ยนธนาคารตัวเก็บประจุ |
| อัตราทางลาด | การเปลี่ยนแปลงอย่างค่อยเป็นค่อยไปในเอาต์พุต Q เพื่อหลีกเลี่ยงการเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้ากะทันหันระหว่างการเปลี่ยน | การควบคุมการจัดส่งยูทิลิตี้ บูรณาการกับโรงงาน SCADA หรือ EMS |
ในทางปฏิบัติ โครงการพลังงานแสงอาทิตย์เชิงพาณิชย์ส่วนใหญ่ในเยอรมนีดำเนินการด้วย เพราะ φ(P) เป็นโหมดเริ่มต้น โดยที่ตัวประกอบกำลังโค้งจากความสามัคคีที่เอาท์พุตต่ำไปจนถึง 0.95 ล้าหลังที่กำลังใช้งานมากกว่า 50% ของพิกัดสูงสุด (Pmax) ในประเทศออสเตรเลีย คิว(ยู) เส้นโค้งการตอบสนองของโวลต์-VAr เป็นข้อกำหนดทั่วไป โดยอินเวอร์เตอร์ถูกตั้งโปรแกรมให้เป็นไปตามรูปร่างเส้นโค้งเฉพาะที่กำหนดไว้ในข้อตกลงการเชื่อมต่อ โครงการที่จัดหาให้กับตลาด ENTSO-E (ฝรั่งเศส สเปน อิตาลี โปแลนด์) ต้องเผชิญกับทั้ง cos φ(P) มากขึ้นเรื่อยๆ ในฐานะค่าเริ่มต้นในท้องถิ่นและการส่งเซ็ตพอยต์แบบไดนามิกจาก TSO ซึ่งจำเป็นต้องมีการรวม Modbus หรือ SCADA
ข้อกำหนดรหัสกริดตามภูมิภาค
การทำความเข้าใจว่าข้อกำหนดพลังงานรีแอกทีฟใดที่ใช้กับโครงการเฉพาะนั้นเป็นงานออกแบบล่วงหน้า ไม่ใช่งานทดสอบระบบ กรอบการทำงานระดับภูมิภาคที่สำคัญ ได้แก่:
- เยอรมนี — VDE-AR-N 4105: ต้องใช้โหมด cos φ(P) สำหรับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่เชื่อมต่อกับกริดทั้งหมดที่สูงกว่า 4.6 kVA ตัวประกอบกำลังจะต้องถึง 0.95 (ล้าหลัง ดูดซับ VAr) ที่เอาท์พุตกำลังที่ใช้งานมากกว่า 50% ของ Pmax มาตรฐานยังระบุรูปร่างของคุณลักษณะ cos φ(P) และช่วยให้ DNO สามารถกำหนดข้อกำหนดที่เข้มงวดยิ่งขึ้นผ่านข้อตกลงการเชื่อมต่อทางเทคนิค
- ออสเตรเลีย — AS/NZS 4777.2: กำหนดฟังก์ชันตอบสนองโวลต์-VAr (เส้นโค้ง Q(U)) สำหรับอินเวอร์เตอร์ที่สูงกว่าเกณฑ์เฉพาะตลาด พารามิเตอร์เส้นโค้ง — ขีดจำกัดเดดแบนด์ ความชัน และกำลังรีแอกทีฟ — ถูกกำหนดไว้ในมาตรฐาน และอาจปรับเปลี่ยนได้โดยผู้ให้บริการเครือข่าย ความสามารถด้านพลังงานปฏิกิริยาในเวลากลางคืนไม่ได้ถูกกำหนดไว้อย่างชัดเจน แต่ได้รับการยอมรับจาก NSP บางแห่ง
- สหราชอาณาจักร — G99: ต้องการความสามารถในการรีแอกทีฟในช่วง ±0.95 ตัวประกอบกำลังตั้งแต่ 20% ถึง 100% ของเอาท์พุตกำลังไฟฟ้าที่ได้รับพิกัด จำเป็นต้องมีการส่งพลังงานรีแอกทีฟแบบไดนามิกผ่าน SCADA สำหรับโรงงานขนาดใหญ่ DNO อาจระบุเซ็ตพอยต์ Q หรือโหมดการควบคุมเฉพาะในจดหมายตอบรับการสมัคร G99
- ENTSO-E RfG — หมวดหมู่ B, C, D: โรงงานในหมวดหมู่เหล่านี้ (เกณฑ์แตกต่างกันไปในแต่ละประเทศ) จะต้องเป็นไปตามการจัดส่งพลังงานปฏิกิริยาของสาธารณูปโภคแบบเรียลไทม์ ซึ่งต้องใช้ Modbus TCP, IEC 61850 หรืออินเทอร์เฟซการสื่อสารที่คล้ายกันระหว่างตัวควบคุมโรงงานและ SCADA ของผู้ควบคุมระบบส่งกำลัง
การชดเชยพลังงานปฏิกิริยาในเวลากลางคืน
ความสามารถอันทรงพลังอย่างหนึ่ง — และมักถูกมองข้าม — ของอินเวอร์เตอร์ Sungrow สมัยใหม่คือความสามารถในการชดเชยพลังงานรีแอกทีฟในเวลากลางคืน เมื่อไม่มีการสร้างพลังงานแสงอาทิตย์ ในโหมดนี้ อินเวอร์เตอร์จะดึงพลังงานจริงจำนวนเล็กน้อยจากโครงข่ายเพื่อรักษาระบบอิเล็กทรอนิกส์กำลังภายในและบัส DC จากนั้นใช้บัสที่มีพลังงานนั้นเพื่อฉีดหรือดูดซับพลังงานปฏิกิริยาผ่านเอาต์พุต AC ซึ่งทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพเป็น สเตทคอม (ตัวชดเชยแบบซิงโครนัสแบบคงที่)
ความสามารถนี้มีความสำคัญเชิงพาณิชย์สำหรับโครงการหลายประเภท ฟาร์มกังหันลม ด้วยอินเวอร์เตอร์พลังงานแสงอาทิตย์ที่อยู่ร่วมสามารถใช้อินเวอร์เตอร์ของโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์เพื่อให้การสนับสนุนพลังงานปฏิกิริยาในเวลากลางคืน หลีกเลี่ยงการติดตั้ง STATCOM โดยเฉพาะ แหล่งอุตสาหกรรม ด้วยโหลดมอเตอร์ขนาดใหญ่ที่ดึงพลังงานปฏิกิริยาระหว่างกะกลางคืน สามารถใช้ความจุ VAr ของอินเวอร์เตอร์พลังงานแสงอาทิตย์เพื่อแก้ไขตัวประกอบกำลังและหลีกเลี่ยงการลงโทษด้านสาธารณูปโภคตลอดเวลา ไม่ใช่แค่ในช่วงเวลากลางวันเท่านั้น ภาระผูกพันด้านพลังงานปฏิกิริยาของยูทิลิตี้ ที่ขยายไปสู่ความพร้อมใช้งานตลอด 24 ชั่วโมง — ซึ่งพบเห็นได้ทั่วไปมากขึ้นในตลาด ENTSO-E — สามารถตอบสนองได้ด้วยกลุ่มเครื่องแปลงกระแสไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์แทนที่จะเป็นอุปกรณ์เสริม
Sungrow ซีรีส์ SG-CX อินเวอร์เตอร์สตริงเชิงพาณิชย์รองรับโหมดพลังงานรีแอกทีฟในเวลากลางคืน (บางครั้งเรียกว่า "พลังงานรีแอกทีฟในเวลากลางคืน" หรือ "โหมด STATCOM" ใน iSolarCloud) โดยมีเอาท์พุตรีแอกทีฟที่ได้รับการจัดอันดับที่กำลังไฟฟ้าแอคทีฟเป็นศูนย์ ความจุ kVAr ที่แน่นอนที่ใช้งานได้ในเวลากลางคืนคือกำลังไฟฟ้าปรากฏที่กำหนด (kVA) ของอินเวอร์เตอร์ เนื่องจากไม่มีการใช้พลังงานเฮดรูมจริง สิ่งนี้ควรได้รับการยืนยันโดยเทียบกับเอกสารข้อมูลของรุ่นเฉพาะและตารางภาระผูกพันด้านพลังงานปฏิกิริยาของข้อตกลงการเชื่อมต่อกริด ก่อนที่จะดำเนินการออกแบบที่อาศัย VAr ในเวลากลางคืน
การกำหนดค่ากำลังรีแอกทีฟบนอินเวอร์เตอร์ Sungrow
การตั้งค่าพลังงานรีแอกทีฟบนอินเวอร์เตอร์ซีรีส์ Sungrow SG-CX และ SH สามารถกำหนดค่าได้สองเส้นทาง: ไอโซลาร์คลาวด์ พอร์ทัลเว็บและมือถือสำหรับไซต์ที่มีการเชื่อมต่อระบบคลาวด์ที่ใช้งานอยู่หรือ Modbus TCP register เขียนสำหรับไซต์โดยใช้ SCADA ในพื้นที่หรือตัวควบคุมโรงงาน ทั้งสองเส้นทางช่วยให้สามารถเข้าถึงเมนูควบคุมกำลังรีแอกทีฟเต็มรูปแบบได้
เส้นทางการกำหนดค่า iSolarCloud คือ: การตั้งค่า → พารามิเตอร์กริด → การควบคุมพลังงานปฏิกิริยา. จากเมนูนี้ ผู้ปฏิบัติงานเลือกโหมดการควบคุมที่ใช้งานอยู่ (คงที่ PF, cos φ(P), Q(U), Q(P) หรือคงที่ Q) ป้อนค่าที่กำหนดที่ต้องการหรืออัปโหลดไฟล์คำจำกัดความของเส้นโค้ง และยืนยันการเปลี่ยนแปลง สำหรับเส้นโค้ง Q(U) พอร์ทัลยอมรับรายการตารางของจุดที่กำหนดแรงดันไฟฟ้าและเป้าหมายพลังงานรีแอกทีฟที่สอดคล้องกัน ซึ่ง Sungrow จะแปลเป็นคุณลักษณะภายในของอินเวอร์เตอร์ ขีดจำกัดอัตราทางลาดสำหรับการเปลี่ยนกำลังรีแอกทีฟสามารถกำหนดค่าได้จากเมนูนี้เช่นกัน
สำหรับการผสานรวม Modbus TCP นั้น Sungrow จะเผยแพร่เอกสารโปรโตคอลการสื่อสาร (พร้อมใช้งานผ่าน Econo Solar ตามคำขอ) ซึ่งแมปการเลือกโหมดพลังงานรีแอกทีฟ การเขียนเซ็ตพอยต์ และการอ่านสถานะกลับไปยังที่อยู่รีจิสเตอร์เฉพาะ ซึ่งช่วยให้ EMS หรือ SCADA ของโรงงานเปลี่ยนโหมดพลังงานรีแอกทีฟและค่าที่ตั้งไว้แบบเรียลไทม์โดยไม่ต้องมีการแทรกแซงจากผู้ปฏิบัติงาน ซึ่งเป็นพื้นฐานสำหรับการเข้าร่วมในตลาดบริการเสริมและโปรแกรมพลังงานรีแอกทีฟที่จัดส่งโดย DNO
ข้อควรทราบในทางปฏิบัติที่สำคัญ: การตั้งค่าพลังงานรีแอกทีฟเป็นหนึ่งในพารามิเตอร์ที่ DNO บางตัวล็อกหลังจากการอนุมัติการเชื่อมต่อโครงข่ายเริ่มแรก การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้หลังเริ่มดำเนินการต้องมีการแจ้งเตือนอย่างเป็นทางการหรือการอนุมัติอีกครั้ง ยืนยันกระบวนการของ DNO สำหรับการเปลี่ยนแปลงการตั้งค่าพลังงานปฏิกิริยากับวิศวกรโครงการ Econo Solar ของคุณทุกครั้งก่อนที่จะสรุปเอกสารการทดสอบการใช้งาน และบันทึกการตั้งค่าพลังงานปฏิกิริยาตามที่ได้รับมอบหมายในชุดส่งมอบ O&M เพื่อใช้อ้างอิงในอนาคต