การปรับเปลี่ยนอินเวอร์เตอร์แรงดันสูงในโรงไฟฟ้า

1 โครงสร้างพื้นฐานและกลไกการทำงานของอินเวอร์เตอร์แรงดันสูง

1.1 การประกอบโมดูล

• โมดูลเรคทิไฟเออร์: โมดูลนี้แปลงพลังงานไฟฟ้ากระแสสลับแรงดันสูงที่ป้อนเข้ามาเป็นพลังงานไฟฟ้ากระแสตรง ช่วงการเรคทิฟายประกอบด้วยไทริสเตอร์ ไดโอด หรืออุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์กำลังอื่น ๆ เพื่อทำให้เกิดการแปลงจาก AC เป็น DC นอกจากนี้ยังสามารถปรับแรงดันและชดเชยพลังงานในระดับหนึ่งผ่านหน่วยควบคุม

• โมดูลกรองไฟ DC: ไฟฟ้ากระแสตรงที่ได้จากการเรคทิฟายจะถูกประมวลผลโดยวงจรกรองเพื่อทำให้แรงดันคงที่ สร้างแรงดัน DC บัสที่เสถียร แรงดันนี้ไม่เพียงแค่สนับสนุนพลังงานสำหรับขั้นตอนอินเวอร์เตอร์ต่อไปเท่านั้น แต่ยังมีบทบาทสำคัญในการรับประกันความเสถียรของแรงดันเอาต์พุตและการตอบสนองแบบไดนามิก

• โมดูลอินเวอร์เตอร์: ไฟฟ้ากระแสตรงที่ผ่านการกรองจะถูกแปลงกลับเป็นไฟฟ้ากระแสสลับในโมดูลอินเวอร์เตอร์โดยใช้อุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์กำลัง เช่น IGBT และเทคโนโลยีการจัดการความกว้างพัลส์ (PWM) โดยการปรับรอบการทำงานและความถี่ของการสวิตช์ PWM อินเวอร์เตอร์สามารถควบคุมขนาดและความถี่ของไฟฟ้ากระแสสลับที่ออกได้อย่างแม่นยำ ตอบสนองความต้องการของโหลดต่าง ๆ เช่น มอเตอร์ พัดลม และปั๊ม เทคโนโลยีนี้ทำให้อินเวอร์เตอร์สามารถให้ฟังก์ชันต่าง ๆ ได้ เช่น การเริ่มทำงานอย่างนุ่มนวล การควบคุมความเร็วแบบไม่มีขั้น การปรับสภาพการทำงานให้เหมาะสม และการประหยัดพลังงาน

1.2 กลไกการทำงาน

อินเวอร์เตอร์แรงดันสูงใช้โทโพโลยีหลายระดับแบบเชื่อมโยงกัน สร้างคลื่นเอาต์พุตที่ใกล้เคียงกับคลื่นไซน์ สามารถส่งออกไฟฟ้ากระแสสลับแรงดันสูงได้โดยตรงเพื่อขับเคลื่อนมอเตอร์ การกำหนดค่านี้ไม่จำเป็นต้องใช้ฟิลเตอร์หรือทรานส์ฟอร์เมอร์เพิ่มเติม และมีข้อดีคือมีฮาร์มอนิกต่ำ ความเร็วของมอเตอร์ $n$ จะตรงตามสมการต่อไปนี้:

ที่: $P$ คือจำนวนคู่ขั้วของมอเตอร์; $f$ คือความถี่การทำงานของมอเตอร์; $s$ คืออัตราส่วนสไลป์ เนื่องจากอัตราส่วนสไลป์มักจะเล็ก (โดยทั่วไปอยู่ในช่วง 0–0.05) การปรับความถี่การป้อนไฟฟ้าของมอเตอร์ $f$ สามารถควบคุมความเร็วจริงของมอเตอร์ $n$ ได้ สไลป์มอเตอร์ $s$ มีความสัมพันธ์เป็นบวกกับความเข้มของโหลด—โหลดมากขึ้น สไลป์ก็มากขึ้น ทำให้ความเร็วจริงของมอเตอร์ลดลง

1.3 ปัจจัยหลักในการเลือกเทคนิค

• การจับคู่แรงดัน: เลือกแผนการจับคู่ที่เหมาะสม เช่น "High-High" หรือ "High-Low-High" ตามแรงดันที่กำหนดของมอเตอร์ สำหรับมอเตอร์ที่มีกำลังเกิน 1,000 กิโลวัตต์ แนะนำแผน "High-High" สำหรับมอเตอร์ที่มีกำลังต่ำกว่า 500 กิโลวัตต์ อาจเลือกแผน "High-Low-High" เป็นลำดับแรก

• การลดฮาร์มอนิก: ฮาร์มอนิกสามารถเกิดขึ้นได้ง่ายที่ขั้วขาเข้าและขาออกของอินเวอร์เตอร์แรงดันสูง เพื่อลดผลกระทบ สามารถใช้เทคนิคการรวมหรือฟิลเตอร์เพิ่มเติม ด้วยการกำหนดค่าฟิลเตอร์อย่างเหมาะสม สามารถควบคุมการบิดเบือนฮาร์มอนิกให้อยู่ในระดับ 5% ได้ ทำให้สามารถลดฮาร์มอนิกได้อย่างมีประสิทธิภาพ

• ความสามารถในการปรับตัวตามสภาพแวดล้อม: อินเวอร์เตอร์แรงดันสูงต้องการระบบทำความเย็นด้วยอากาศหรือน้ำเพื่อรักษาอุณหภูมิภายในตู้ควบคุมให้ต่ำกว่า 40°C ทั่วไปแล้วจะติดตั้งเครื่องดูดความชื้นและเครื่องปรับอากาศที่สถานที่ติดตั้งอินเวอร์เตอร์ ในพื้นที่พิเศษที่ไม่มีเครื่องปรับอากาศ ต้องพิจารณาอุณหภูมิที่ตัวคอมโพเนนต์ทนทานได้ในการออกแบบ และเพิ่มความสามารถในการระบายอากาศของระบบทำความเย็นเพื่อรักษาการทำงานที่เสถียร

2 ตัวอย่างการใช้งานอินเวอร์เตอร์แรงดันสูงในโรงไฟฟ้า

ระบบไฟฟ้าในโรงไฟฟ้ามักจะประกอบด้วยอุปกรณ์จากเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเติมพลังงาน หม้อน้ำ ระบบบำบัดน้ำ การขนส่งถ่านหิน และระบบลดกำมะถัน ส่วนเติมพลังงานจากกังหันจะส่งพลังงานให้กับปั๊มป้อนน้ำและปั๊มหมุนเวียนน้ำ ส่วนหม้อน้ำจะให้พัดลมแรงดันบวก (พัดลมหลัก) พัดลมแรงดันรอง และพัดลมดูดควัน ในขณะที่ส่วนการขนส่งถ่านหินจะดำเนินการสายพานลำเลียง โดยการใช้อินเวอร์เตอร์แรงดันสูงในการควบคุมความเร็วตามความเปลี่ยนแปลงของโหลด สามารถลดการใช้พลังงาน ลดการใช้พลังงานเสริม และปรับปรุงเศรษฐกิจในการทำงาน

โครงการผลิตนิกเกิล-เหล็กในโมโรวาลี อินโดนีเซีย บนเกาะสุมาตรา ได้ติดตั้งแปดหน่วยกำเนิดไฟฟ้า 135 MW ระหว่างปี 2019 ถึง 2023 เพื่อปรับปรุงการดำเนินงานภายในและลดต้นทุนการผลิต การปรับปรุงทางเทคนิคที่เกี่ยวข้องกับการติดตั้งอินเวอร์เตอร์แรงดันสูงได้ดำเนินการระหว่างปี 2023 ถึง 2024 สำหรับปั๊มคอนเดนเสทของหน่วย 1, 2, 3, 4 และ 7 ตลอดจนปั๊มป้อนน้ำของหน่วย 2 และ 5

2.1 สถานะอุปกรณ์

โครงการนี้ใช้กระบวนการผลิตนิกเกิล-เหล็กด้วยวิธีพิโรเมตาลลูร์ยี มี 25 สายการผลิต ติดตั้งหม้อน้ำไหลเวียนแบบหมุนเวียน DG440/13.8-II1 จาก Dongfang Electric และเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากังหันไอน้ำชนิดกลางรีฮีท 135 MW จำนวนแปดหน่วย แต่ละหน่วยมีปั๊มคอนเดนเสทความถี่คงที่สองตัว ปั๊มควบคุมด้วยคัปปลิ้งไฮดรอลิกสองตัว และพัดลมควบคุมด้วยคัปปลิ้งไฮดรอลิกหกตัว

ปั๊มป้อนน้ำและพัดลมถูกออกแบบให้มีความสำรอง 10%–20% หน่วย 5 และ 6 ทำงานในโหมดเกาะด้วยอัตราโหลดประมาณ 70% โดยการปรับความเร็วมอเตอร์ให้ตรงกับความต้องการของโหลดจริง และรวมการป้อนพลังงานจากการเบรกกลับสู่ระบบ สามารถลดการใช้พลังงานที่ไม่จำเป็นจากพัดลม ปั๊ม และอุปกรณ์อื่น ๆ ทำให้ลดการสูญเสียพลังงานของระบบ

2.2 แผนการปรับปรุง

ตามสภาพการทำงานของอุปกรณ์ที่แท้จริง ได้มีการปรับปรุงอินเวอร์เตอร์แรงดันสูงสำหรับปั๊มป้อนน้ำและปั๊มคอนเดนเสทของหน่วยกำเนิดไฟฟ้า 135 MW

• การปรับปรุงปั๊มป้อนน้ำ: ใช้การกำหนดค่า "Automatic One-to-One" โดยที่แต่ละปั๊มป้อนน้ำจะติดตั้งอินเวอร์เตอร์แรงดันสูงเฉพาะเจาะจง พร้อมตู้บายพาสเพื่อรับประกันความน่าเชื่อถือของระบบ

• การปรับปรุงปั๊มคอนเดนเสท: ใช้การกำหนดค่า "One-to-Two" โดยที่สองปั๊มคอนเดนเสทจะใช้อินเวอร์เตอร์แรงดันสูงเดียว ทำให้สมดุลระหว่างประสิทธิภาพและความคุ้มค่า

พิจารณาจากช่วงอุณหภูมิสูงสุดทางประวัติศาสตร์ของพื้นที่ 23–32°C ได้เลือกคอมโพเนนต์ที่สามารถทำงานที่อุณหภูมิแวดล้อม 40°C นอกจากนี้ยังปรับการออกแบบการระบายอากาศบังคับของตู้อินเวอร์เตอร์ตามอุณหภูมิห้อง 40°C เพื่อรับประกันการระบายความร้อนที่มีประสิทธิภาพ ทำให้ไม่จำเป็นต้องมีห้องอินเวอร์เตอร์หรือระบบปรับอากาศเฉพาะ

2.3 การประเมินประโยชน์ทางเศรษฐกิจ

การลงทุนรวมสำหรับโครงการปรับปรุงนี้ประมาณ 6 ล้านหยวน รวมถึง 5 ล้านหยวนสำหรับอุปกรณ์ 400,000 หยวนสำหรับการก่อสร้าง และ 600,000 หยวนสำหรับวัสดุเสริมที่ลูกค้าให้ การคำนวณแสดงให้เห็นว่ามีประโยชน์จากการประหยัดพลังงานประจำปี 6.58 ล้านหยวน ทำให้การลงทุนสามารถคืนทุนได้ภายในเวลาไม่ถึงหนึ่งปี บรรลุเป้าหมายทางเศรษฐกิจที่คาดหวัง

3 สรุป

ด้วยการพัฒนาอย่างรวดเร็วของเทคโนโลยีอินเวอร์เตอร์แรงดันสูง ได้มีการขยายการใช้งานอย่างรวดเร็วในหลากหลายอุตสาหกรรม ในระบบการผลิตของโรงไฟฟ้า เทคโนโลยีอินเวอร์เตอร์แรงดันสูงควรได้รับการส่งเสริมอย่างแข็งขัน โดยให้ความสำคัญกับการปรับปรุงหน่วยที่มีเวลาทำงานยาวนานหรือหน่วยที่ต้องการการอัปเกรดอย่างเร่งด่วน เพราะมาตรการเหล่านี้มีคุณค่าทางเศรษฐกิจและทางยุทธศาสตร์อย่างมาก