การจำ�าลองระบบส่�งไฟฟ�าแรงส่�งกระแส่ตรงโดย ATP-EMTP Simulation of the High Voltage Direct
Current Transmission System using ATP-EMTP
นายกฤตยา สมสยนกศึ�กษาปริ�ญญาโท
คณะวิ�ศึวิกริริมศึาสตริ�สถาบันเทคโนโลย�
พริะจอมเกล!าพริะนคริเหน#อ
น�ทศึน� วิริพนพ�พฒน�วิ�ศึวิกริริะดับั 7 กองวิ�เคริาะห�
ริะบับัไฟฟ)าฝ่+ายริะบับัควิบัค,มและป)องกน
การิไฟฟ)าฝ่+ายผล�ตแห/งปริะเทศึไทย
วิ�ทวิส ผ/องญาต�อาจาริย�ปริะจ0าภาควิ�ชา
วิ�ศึวิกริริมไฟฟ)าคณะวิ�ศึวิกริริมศึาสตริ�
สถาบันเทคโนโลย�พริะจอมเกล!าพริะนคริเหน#อ
บทคั�ดย�อบัทควิามน�3น0าเสนอวิ�ธี�การิสริ!างแบับัจ0าลองริะบับัส/งไฟฟ)าแริงส5ง
กริะแสตริง(High Voltage Direct Current Transmission or HVDC) บันดั�จ�ตอลคอมพ�วิเตอริ� ซึ่�7งท3งภาคก0าลงและภาคควิบัค,มของริะบับั HVDC ไดั!ถ5กสริ!างโดัยใช!โปริแกริม ATP-EMTP ในส/วินของภาคก0าลงไดั!ใช!พาริาม�เตอริ�ริะบับั HVDC
แบับั 12 พลส� ของ CIGRE (HVDC CIGRE benchmark) ในส/วินของภาคควิบัค,มซึ่�7งปริะกอบัดั!วิย ช,ดัต�ดัตามเฟส (Phase Locked Loop) ช,ดัจ,ดัชนวิน (Gate Firing Unit) ช,ดัวิดัม,มหย,ดัน0ากริะแส (Extinction Angle
Measurement) ช,ดัจ0ากดักริะแสท�7ข�3นกบัแริงดัน (Voltage Dependent
Current Limit) และริะบับัควิบัค,มของสถาน�คอนเวิอเตอริ�ท3งสองดั!าน ไดั!ถ5กออกแบับัสริ!างโดัยใช! TACS (Transient Analysis of Control System) ของ ATP-EMTP ริะบับัส/งไฟฟ)าแริงส5งกริะแสตริงท�7สริ!างข�3นไดั!น0ามาทดัสอบัการิท0างานในสภาวิะต/างๆ ซึ่�7งปริะกอบัดั!วิย การิท0างานขณะเริ�7มจ/ายไฟฟ)ากริะแสตริง การิกลบัท�ศึทางการิส/งก0าลงไฟฟ)า และการิลดัวิงจริท�7ริะบับัไฟฟ)าของสถาน�คอนเวิอเตอริ� ผลการิทดัสอบัพบัวิ/าแบับัจ0าลองท�7สริ!างข�3นสามาริถแสดังพฤต�กริริมในภาวิะช7วิคริ5 / (Transient) ของริะบับั HVDC ไดั!เป;นอย/างดั�
1. บทนำ�าริะบับัส/งไฟฟ)าแริงส5งกริะแสตริง (HVDC Transmission System) เป;น
ริะบับัท�7ส0าคญในการิส/งจ/ายกริะแสไฟฟ)า เพ#7อให!การิใช!งานริะบับัส/งไฟฟ)าแริงส5ง
1
กริะแสตริงไดั!อย/างเต<มปริะส�ทธี�ภาพ ผ5!ใช!งานควิริท0าการิศึ�กษาการิท0างานในช/วิงการิท0างานต/างๆ ท3งทางดั!านวิงจริก0าลงและภาคควิบัค,ม ริะบับัส/งไฟฟ)าแริงส5งกริะแสตริงปริะกอบัดั!วิยอ,ปกริณ�อ�เล<คโทริน�กส�ก0าลง ริะบับัควิบัค,ม และอ,ปกริณ�ต/างๆ ท�7ท0างานริ/วิมกนอย/างซึ่บัซึ่!อน การิศึ�กษาการิท0างานในช/วิงสภาวิะช7วิคริ5 / (Transient) ของริะบับัส/งไฟฟ)าแริงส5งกริะแสตริงจ�งน�ยมศึ�กษาดั!วิยวิ�ธี�การิจ0าลอง (Simulation) บันดั�จ�ตอลคอมพ�วิเตอริ� โปริแกริมท�7ใช!ส/วินใหญ/ค#อ Electromagnetic Transient
Program หริ#อเริ�ยกย/อๆวิ/า EMTP วิ�ธี�การิจ0าลองบันคอมพ�วิเตอริ�น3นช/วิยลดัค/าใช!จ/ายและริะยะเวิลาในการิศึ�กษาลงเป;นอนมาก โปริแกริมปริะเภท EMTP ท�7ใช!ในการิศึ�กษาริะบับัส/งไฟฟ)าแริงส5งกริะแสตริงน3น สามาริถแบั/งไดั!เป;นสองปริะเภทค#อ โปริแกริมเช�งการิค!าและโปริแกริมท�7ไม/เป;นการิค!า ส0าหริบัโปริแกริมท�7เป;นเช�งการิค!าเช/น PSCAD/EMTDC ของ Manitoba HVDC Research หริ#อ EMTP-RV ของ Electric Power Research Institute เป;นต!น โปริแกริมท�7เป;นเช�งการิค!าเหล/าน�3จะม�แบับัจ0าลองของริะบับัส/งไฟฟ)าแริงส5งกริะแสตริงซึ่�7งพฒนาโดัยผ5!ผล�ตโปริแกริมให!มาดั!วิย ท0าให!ผ5!ใช!งานโปริแกริมสามาริถผ/านข3นตอนการิสริ!างแบับัจ0าลองท�7ซึ่บัซึ่!อนของริะบับัส/งไฟฟ)าแริงส5งกริะแสตริงไปไดั! แต/ควิามสะดัวิกเหล/าน�3ก<ต!องแลกมาดั!วิยค/าใช!จ/ายในการิซึ่#3อโปริแกริม
Alternative Transient Program – Electromagnetic Transient Program (ATP- EMTP) เป;นโปริแกริมท�7ไม/เป;นเช�งการิค!า โปริแกริมน�3ถ5กใช!อย/างแพริ/หลายในการิจ0าลองริะบับัไฟฟ)าก0าลงเพ#7อการิศึ�กษาปริากฏการิณ�ในภาวิะช7วิคริ5 / นอกจากน�3ยงสามาริถใช!จ0าลองริะบับัท�7ปริะกอบัดั!วิยอ,ปกริณ�อ�เล<คโทริน�กส�ก0าลงและริะบับัท�7ม�ริะบับัควิบัค,มต/างๆไดั!อ�กดั!วิย ดังน3น ATP-EMTP จ�งเหมาะสมในการิจ0าลองการิท0างานของริะบับั HVDC ในป>จจ,บัน ATP-EMTP ยงไม/ถ5กน0ามาใช!ในการิจ0าลองริะบับั HVDC ท�7ม�ริะบับัควิบัค,มคอนเวิอเตอริ�ท�7สมบั5ริณ�ริวิมเข!าในการิจ0าลองดั!วิย
ในบัทควิามน�3น0าเสนอแบับัจ0าลองของริะบับั HVDC ท�7ม�ควิามสมบั5ริณ�ของริะบับัควิบัค,มคอนเวิอเตอริ� ริะบับั HVDC ท�7น0าเสนอในบัทควิามน�3 โดัยใช!แบับัจ0าลองของ CIGRE (HVDC CEGER benchmark) ซึ่�7งเช#7อมต/อกบัริะบับัไฟฟ)ากริะแสสลบัท�7ม�ควิามแข<งแริงของริะบับัไฟฟ)า ซึ่�7งจดัวิ/าเป;นริะบับัท�7อ/อนแอ [5] ริะบับัน�3ถ5กสริ!างบัน ATP-EMTP และน0ามาศึ�กษาการิท0างานของคอนเวิอเตอริ�และริะบับัควิบัค,มในภาริะช7วิคริ5 /ในขณะเริ�7มต!นท0างาน การิกลบัท�ศึการิส/งก0าลงไฟฟ)า และการิเก�ดัการิลดัวิงจริของริะบับัไฟฟ)ากริะแสสลบัท�7สถาน�คอนเวิอเตอริ�
2. ภาคัก�าล�งระบบ HVDC และแบบจำ�าลองบนำ ATP-EMTP
2
ริะบับั HVDC แบับั 12 พลส�ต!นแบับั CIGRE (HVDC CEGRE
benchmark) ปริะกอบัดั!วิยริะบับัไฟฟ)ากริะแสสลบั ท�7ม�ริะดับัแริงดันท�7สถาน�คอนเวิอริ�เตอริ�ท3งสองเป;น 345 kV และ 230 kV ตามล0าดับั ริะบับัไฟฟ)ากริะแสสลบัถ5กน0าเสนอในริ5ปแบับัวิงจริสมม5ลย�ของเทเวิน�น ริะบับัไฟฟ)ากริะแสสลบัท3งสองดั!านม�ตวิกริองฮาริ�โมน�กเพ#7อช/วิยลดักริะแสฮาริ�โมน�ก และม�คาปาซึ่�เตอริ�แบังก�เพ#7อชดัเชยก0าลงริ�แอกท�ฟให!กบัสถาน�คอนเวิอริ�เตอริ� พาริาม�เตอริ�ของริะบับั HVDC CEGRE
benchmark น0ามาจากเอกสาริอ!างอ�งท�7 3 และริะบับัส/งไฟฟ)าแริงส5งกริะแสตริงของ CEGRE แสดังไวิ!ในภาพท�7 1
ภาพท�7 1 แบับัจ0าลองริะบับั HVDC ของ CIGRE
สถาน�คอนเวิอเตอริ�ต/อเช#7อมกบัริะบับัไฟฟ)ากริะแสสลบัผ/านหม!อแปลงคอนเวิอเตอริ� (Converter Transformer) หม!อแปลงน�3ท0าหน!าท�7เปล�7ยนริะดับัแริงดันไฟฟ)ากริะแสสลบัของท3งสองสถาน�ให!เหมาะสมกบัคอนเวิอเตอริ�และสริ!างริะบับัไฟฟ)าท�7ม�เฟสต/างกน 60 องศึาเพ#7อท0าให!เก�ดัเป;นริะบับัไฟฟ)าส0าหริบัคอนเวิอเตอริ�แบับั 12
พลส� ขดัลวิดัดั!านปฐมภ5ม�ของหม!อแปลงคอนเวิอเตอริ�ท3งส�7ตวิจะต/อแบับัสตาริ�ท�7ม�การิต/อจ,ดัน�วิทริอลลงกริาวิดั� ส0าหริบัขดัลวิดัดั!านท,ต�ยภ5ม�ขอหม!อแปลงสถาน�คอนเวิอเตอริ�ท�7ต/อกบัริะบับัไฟฟ)า 345 kV น3นตวิหน�7งจะต/อเป;นแบับัเดัลต!าและอ�กตวิหน�7งจะต/อเป;นแบับัสตาริ�ท�7ไม/ม�การิต/อจ,ดัน�วิทริอลลงกริาวิดั� ในส/วินของหม!อแปลงคอนเวิอเตอริ�ท�7ต/อกบัริะบับัไฟฟ)า 230 kV หม!อแปลงตวิหน�7งจะต/อเป;นแบับัเดัลต!าและอ�กตวิหน�7งจะต/อเป;นแบับัสตาริ�ท�7ไม/ม�การิต/อจ,ดัน�วิทริอลลงกริาวิดั�
ในวิงจริของริะบับัไฟฟ)ากริะแสตริงจะปริะกอบัดั!วิย Smoothing Reactor
และสายส/งไฟฟ)ากริะแสตริง Smoothing Reactor จะถ5กต�ดัต3งไวิ!บัริ�เวิณสถาน�คอนเวิอเตอริ�ท3งสองดั!าน Smoothing Reactor น�3ท0าหน!าท�7กริองกริะแสท�7ไหลในริะบับักริะแสตริงให!ม�ควิามต/อเน#7องและเป;นตวิช/วิยจ0ากดักริะแสลดัวิงจริในช/วิงภาวิะช7วิคริ5 / ส0าหริบัสายส/งไฟฟ)ากริะแสตริงจะถ5กน0าเสนอในริ5ปของควิามต!านทานท�7ต/ออน,กริมกบัตวิเหน�7ยวิน0า โดัยไดั!ละเลยค/าควิามจ,ของสายส/งไฟฟ)ากริะแสตริง
3
3 ภาคัระบบคัวบคั�ม ในส/วินของภาคริะบับัควิามค,มปริะกอบัดั!วิยส/วินต/างๆ ท�7ส0าคญไดั!แก/ ช,ดัต�ดัตาม
เฟส (Phase Locked Loop) ช,ดัจ,ดัชนวิน (Gate Firing Unit) ช,ดัวิดัม,มหย,ดัน0ากริะแส (Extinction Angle Measurement) ช,ดัจ0ากดักริะแสท�7ข�3นกบัแริงดัน (Voltage Dependent Current Limit) และริะบับัควิบัค,มของสถาน�คอนเวิอเตอริ�ท3งสองดั!าน
ในการิค0านวิณเพ#7อหาค/าม,มเฟสบัน ATP-EMTP จะใช!วิงจริต�ดัตามเฟส วิงจริน�3ท0าหน!าท�7ในการิค0านวิณหาม,มเฟสของแริงดันริะบับัไฟฟ)ากริะแสสลบัท�7จ,ดัต/อเช#7อมกบัหม!อแปลงคอนเวิอเตอริ� ค/าม,มเฟสท�7ไดั!จะถ5กน0ามาใช!เพ#7อการิจ,ดัชนวินคอนเวิอเตอริ� การิค0านวิณค/าม,มเฟสจะน0าแริงดันไฟฟ)ากริะแสสลบั 3 เฟส (Va, Vb Vc ) มาท0าการิแปลง (Transformation) เป;นริะบับัสองเฟสบันแกน α และ β (αβ-axis) ท�7เริ�ยกวิ/ากริอบัอ!างอ�งท�7อย5/กบัท� (Stationary Reference Frame) การิแปลงน�3ท0าไดั!โดัยใช!สมการิท�7 (1) และสมการิท�7 (2)
(1)
(2)
การิค0านวิณม,มเฟสใช!ตวิควิบัค,มแบับัพ�ไอ (Proportional plus Integral
Controller) ท�7ท0างานริ/วิมกบัตวิอ�นท�เกริตแบับัม�การิ Reset ท�7ค/า 2π (Integrator with reset) วิงจริท�7ใช!ในการิค0านวิณม,มเฟสแสดังไวิ!ในริ5ปท�7 2
สญญาณท�7ใช!เป;นสญญาณควิามคลาดัเคล#7อนเพ#7อป)อนให!ตวิควิบัค,มแบับัพ�ไอใช!ในการิต�ดัตามม,มเฟสสริ!างโดัยใช!สมการิท�7 (3)
(3)
4
ริ5ปท�7 2 บัล<อกไดัอะแกริมของช,ดัต�ดัตามเฟส ริ5ปท�7 3
สญญาณค/าควิามผ�ดัพลาดัของช,ดัต�ดัตามเฟส
ริ5ปท�7 3 แสดังสญญาณควิามผ�ดัพลาดัของช,ดัต�ดัตามม,มเฟส หลงจากให!วิงจริต�ดัตามเฟสค0านวิณม,มเฟสของแริงดัน พบัวิ/า วิงจริน�3สามาริถจะใช!เวิลา 100 ms ในการิต�ดัตามเฟสของริะบับัไฟฟ)ากริะแสสลบัไดั!ทน
ส/วินปริะกอบัท�7ส0าคญอ�กส/วินหน�7งค#อช,ดัจ,ดัชนวิน ช,ดัน�3ม�หน!าท�7สริ!างสญญาณพลส�ในการิจ,ดัชนวินส0าหริบัช,ดัคอนเวิอเตอริ� ในกริณ�น�3ช,ดัคอนเวิอเตอริ�เป;นแบับั 6
พลส� 2 ช,ดัต/ออน,กริมกน เพ#7อให!เก�ดัเป;น 12 พสล� ดังน3นวิงจริสริ!างสญญาณพลส�จะสริ!างสญญาณออกมา 2 ช,ดั โดัยช,ดัแริกจะใช!ส0าหริบัการิจ,ดัชนวินช,ดัคอนเวิอเตอริ�ท�7ต/อกบัหม!อแปลงท�7ต/อแบับัสตาริ� และช,ดัท�7เหล#อส0าหริบัการิจ,ดัชนวินช,ดัคอนเวิอเตอริ�ท�7ต/อกบัหม!อแปลงท�7ต/อแบับัเดัลต!า วิงจริท�7ใช!ในการิจ,ดัชนวินแสดังในริ5ปท�7 5
ภาพท�7 5 ช,ดัสริ!างพลส�ส0าหริบัจ,ดัชนวินคอนเวิอริ�เตอริ�แบับั 12 พลส�
abc
V
V ω0
Va
Vb
Vc
Kp Tn
sin
cos
θ
TransformationBlock
Error
2π reset
5
ในริะบับัควิบัค,มของสถาน�ท�7ท0าหน!าท�7เป;นเริคต�ไฟเออริ� (Rectifier) จะท0างานโดัยการิควิบัค,มกริะแส (Current Control) โดัยม�ไดัอะแกริมของช,ดัควิบัค,มกริะแสดังแสดังไวิ!ในริ5ปท�7 6 สญญานกริะแสอ!างอ�ง(IOLIM) ซึ่�7งเป;นสญญาณท�7ออกจากช,ดัจ0ากดักริะแสท�7ข�3นกบัแริงดัน (VDCL) จะถ5กน0ามาเป;นกริะแสอ!างอ�งของช,ดัควิบัค,มกริะแส และถ5กน0ามาหกลบักบัสญญาณกริะแสดั�ซึ่�ของเริคต�ไฟเออริ� (Id_r) ท�7ไดั!จากการิวิดั ผลต/างท�7ไดั!จะถ5กหน/วิงเป;นเวิลา 0.1 วิ�นาท�ในการิท0างานคริ3งแริกเพ#7อลดัผลกริะทบัเน#7องจากสภาวิะเริ�7มต!นของเวิลาในการิค0านวิณของโปริแกริม สญญาณน�3จะป)อนเข!าส5/ตวิควิบัค,มแบับัพ�ไอ (Proportional plus Integral Controller)
สญญาณขาออกท�7ไดั!จากตวิควิบัค,มแบับัพ�ไอจะกลายเป;นสญญาณท�7เป;นค/าม,มจ,ดัชนวิน (Alpha Order) ซึ่�7งจะถ5กจ0ากดัไวิ!ให!ท�7ม�ค/าอย5/ริะหวิ/าง 5 (αmin) – 160
(αmax) องศึา สญญาณน�3จะป)อนเข!าฟ>งก�ชนเล#อกค/าส5งส,ดั ซึ่�7งจะเล#อกค/าท�7ส5งท�7ส,ดัริะหวิ/างสญญาณ Alpha Order กบัสญญาณ ALPIRET เพ#7อจะส/งออกไปเป;นสญญาณท�7ใช!สริ!างม,มจ,ดัชนวินของคอนเวิอเตอริ� สญญาณ ALPIRET เป;นสญญาณจากริะบับัป)องกนคอนเวิอเตอริ�ซึ่�7งจะท0าหน!าท�7เม#7อเก�ดัการิลดัวิงจริท3งทางดั!านกริะแสตริง และเม#7อการิลดัวิงจริหายไปสญญาณ ALPIRET ก<จะหย,ดัท0างานและสญญาณ Alpha Order ก<จะถ5กเล#อกเพ#7อไปสริ!างพลส�จ,ดัชนวินต/อไป
ริ5ปท�7 6 ช,ดัควิบัค,มของสถาน�เริ�ยงกริะแส ริ5ปท�7 7 ช,ดัจ0ากดักริะแสท�7ข�3นกบัแริงดัน
ช,ดัจ0ากดักริะแสท�7ข�3นกบัแริงดัน (Voltage Dependent Current Limit
หริ#อ VDCL) แสดังไวิ!ในริ5ปท�7 7 ช,ดัน�3ปริะกอบัดั!วิย ช,ดัช,ดัจ0ากดักริะแสท�7ข�3นกบัแริงดัน
MAXGate
Firing
IOLIM
Id_r
0.1 s
αmax
αmin
ALPRETActive during DC Line Fault
-
6
แบับัสถ�ต (Static VDCL) และช,ดัจ0ากดักริะแสท�7ข�3นกบัแริงดันแบับัพลวิต (Dynamic VDCL) หน!าท�7ของวิงจริน�3ค#อการิก0าเน�ดักริะแสอ!างอ�งท�7เป;นฟ>งก�ชนของแริงดันไฟฟ)ากริะแสตริง
ท�7สถาน�อ�นเวิอเตอริ� (Inverter) จะเป;นการิควิบัค,ม 2 ริ5ปแบับั ค#อการิควิบัค,มแริงดันไฟฟ)าดั�ซึ่� (DC Voltage Control) และการิควิบัค,มม,มหย,ดัน0ากริะแส (Gamma Control) การิควิบัค,มแริงดันไฟฟ)ากริะแสตริงเป;นการิควิบัค,มแบับัล5ปเดั�ยวิ ท�7ใช!ตวิควิบัค,มแบับัพ�ไอในการิควิบัค,มแริงดันไฟฟ)ากริะแสตริงท�7สถาน�อ�นเวิอเตอริ� สญญาณอ!างอ�งส0าหริบัการิควิบัค,มแริงดันดั�ซึ่�ค#อสญญาณ VDCREF สญญาณน�3จะน0ามาหกลบักบัแริงดันดั�ซึ่�ท�7วิดัไดั!ผลลพธี�ทท�7ไดั!จะถ5กหน/วิงเป;นเวิลา 0.1 วิ�นาท� จากน3นจะป)อนเข!าตวิควิบัค,มแบับัพ�ไอ สญญาณขาออกของตวิควิบัค,มจะเป;นสญญาณค/าม,มจ,ดัชนวินและจะถ5กจ0ากดัดั!วิยค/า ม,มจ,ดัชนวินต07าส,ดั (αmin) และม,มจ,ดัชนวินส5งส,ดั (αmax)
การิควิบัค,มม,มหย,ดัน0ากริะแส (Gamma Control) เป;นการิควิบัค,มม,มหย,ดัน0ากริะแสไม/ให!ม�ค/าต07าเก�นกวิ/าค/าท�7ก0าหนดัไวิ! (Gamma Reference) การิควิบัค,มน�3ใช!ตวิควิบัค,มแบับัพ�ไอและเป;นการิควิบัค,มแบับัล5ปเดั�ยวิเช/นเดั�ยวิกนกบัการิควิบัค,มแริงดันไฟฟ)ากริะแสตริง แผนภาพส0าหริบัการิควิบัค,มสถาน�อ�นเวิอเตอริ�เป;นไปตามริ5ปท�7 8 และการิวิดัม,มหย,ดัน0ากริะแสท�7ใช!ในการิควิบัค,มม,มหย,ดัน0ากริะแสใช!หลกการิวิดัแริงดันตกคริ/อมวิาล�วิแล!วิค0านวิณออกมาเป;นม,มหย,ดัน0ากริะแสของสถาน�อ�นเวิอเตอริ� วิงจริท�7ใช!แสดังในริ5ปท�7 9
จากริ5ปท�7 8 สญญาณขาออกของการิควิบัค,มท3ง 2 ริ5ปแบับัจะถ5กน0ามาเปริ�ยบัเท�ยบักนเพ#7อเล#อกค/าท�7ต07าท�7ส,ดัเพ#7อน0าไปใช!เป;นสญญาณในการิสริ!างม,มจ,ดัชนวิน การิเล#อกม,มท�7ต07าท�7ส,ดัจากการิควิบัค,มท3งสองท0าเพ#7อป)องกนไม/ให!การิหย,ดัน0ากริะแสท�7วิาล�วิของสถาน�อ�นเวิอเตอริ�ล!มเหลวิ (Commutation Failure) กล/าวิค#อเม#7อไริท�7การิควิบัค,มแริงดันท�7สถาน�อ�นเวิอเตอริ�ท0าให!ม,มหย,ดัน0ากริะแสม�ค/าน!อยกวิ/าค/าม,มหย,ดัน0ากริะแสอ!างอ�ง สถาน�อ�นเวิอเตอริ�จะเปล�7ยนเป;นการิควิบัค,มจากการิควิบัค,มแริงดันเป;นการิควิบัค,มม,มหย,ดัน0ากริะแสทนท�ดั!วิยฟ>งก�ชนเล#อกค/าต07าส,ดั และม,มหย,ดัน0ากริะแสจะม�ค/าเท/ากบัสญญาณ GAMREF ในกริณ�ท�7ม�การิลดัวิงจริท�7สายส/งกริะแสตริง สญญาณ ALPRET จะม�ค/าและท0าให!สถาน�คอนเวิอตอริ�เล#อกใช!ม,มจ,ดัชนวินจากสญญาณ ALPRET แทน การิท0างานน�3ท0าไดั!โดัยฟ>งก�ชนเล#อกค/าส5งส,ดั
7
ริ5ปท�7 8 ช,ดัควิบัค,มท�7สถาน�อ�นเวิอเตอริ�
ริ5ปท�7 9 ช,ดัวิดัม,มหย,ดัน0ากริะแส
4. ผลการจำ�าลองการท�างานำระบบ HVDC ด วย ATP-EMTPการิทดัสอบัการิท0างานของริะบับั HVDC ไดั!กริะท0าบันโปริแกริม EMTP-ATP
ริะบับั HVDC จะถ5กทดัสอบัดั!วิยสามเง#7อนไขการิท0างานค#อ การิเริ�7มต!นการิท0างาน (HVDC Starting ) การิส/งก0าลงไฟฟ)ากลบัทาง (Reverse DC Power) และ การิเก�ดัลดัวิงจริท�7ริะบับัไฟฟ)ากริะแสสลบั แบับัเฟสส5/ดั�น (Single Line to Ground Fault)
การิทดัสอบัการิเริ�7มท0างานของริะบับั HVDC ม,มจ,ดัชนวินท�7สถาน�เริคต�ไฟริ�เริ�7มท�7ค/า 160 องศึา การิเริ�7มต!นเก�ดัข�3นท�7เวิลา 0.1 วิ�นาท� สญญาณควิบัค,มกริะแส (Id) ม�ค/า 1.0 ม,มจ,ดัชนวินเริ�7มลดัลงและเข!าส5/ภาวิะคงตวิท�7ค/าปริะมาณ 15 องศึาท�7เวิลา 0.3 วิ�นาท� ผลตอบัสนองของกริะแสดั�ซึ่�และม,มจ,ดัชนวินแสดังไวิ!ในริ5ปท�7 10(ก)
และ 10(ข) จากริ5ปแสดังให!เห<นวิ/าการิเริ�7มต!นจ/ายไฟฟ)ากริะแสตริงสถาน�เริคต�ไฟริ�จะใช!เวิลา 200 ม�ลล�วิ�นาท�
ในส/วินของสถาน�อ�นเวิอเตอริ� การิควิบัค,มแริงดันเริ�7มต!นท�7เวิลา 0.1 วิ�นาท�เช/นกน แริงดันดั�ซึ่�ท�7สถาน�อ�นเวิอเตอริ�เข!าส5/ภาวิะคงตวิ ท�7เวิลา 0.2 วิ�นาท� ม,มจ,ดัชนวินเริ�7มต!นท�7ม,ม 160 องศึา และเข!าส5/ภาวิะคงตวิท�7ค/า 138 องศึา ท�7เวิลา 0.2 วิ�นาท� ผลตอบัสนองของแริงดันดั�ซึ่�และม,มจ,ดัชนวินของสถาน�อ�นเวิอเตอริริ�แสดังไดั!ในริ5ปท�7 10(ค)
และ 10(ง) ตามล0าดับั ในริ5ปท�7 10(ง) ยงแสดังม,มหย,ดัน0ากริะแสท�7ไดั!จากการิวิดัอ�กดั!วิย จากการิวิดัม,มหย,ดัน0ากริะแสแสดังให!เห<นวิ/าม�ค/าอย5/ท�7 22 องศึา ผลตอบัสนอง
8
ของริะบับั HVDC ในริ5ปท�7 10 แสดังให!เห<นวิ/าการิควิบัค,มแริงดันจะม�ควิามเริ<วิในการิเข!าส5/สภาวิะคงตวิไดั!เริ<วิกวิ/าการิควิบัค,มกริะแสท�7สถาน�เริคต�ไฟริ�อ�กดั!วิย
(ก) ผลตอบัสนองของกริะแสดั�ซึ่�ท�7สถาน�เริคต�ไฟริ� (ข) สญญาณม,มจ,ดัชนวิน (α)ของสถาน�เริคต�ไฟริ�
(ค) ผลตอบัสนองของแริงดันดั�ซึ่�ท�7อ�นเวิอเตอริ� (ง)
สญญาณม,มจ,ดัชนวิน (α) ของสถาน�อ�นเวิอเตอริ� และม,มหย,ดัน0ากริะแส
(γ) ริ5ปท�7 10 ผลการิจ0าลองการิเริ�7มต!นการิท0างานของริะบับั HVDC
9
(ก) สญญาณม,มจ,ดัชนวิน (ข) ก0าลงไฟฟ)าดั�ซึ่� (ค) กริะแสดั�ซึ่�
ภาพท�7 11 ผลการิจ0าลองการิส/งก0าลงไฟฟ)ากลบัทางของริะบับั HVDC
การิส/งก0าลงไฟฟ)ากลบัทางของริะบับั HVDC สามาริถท0าไดั!โดัยการิกลบัข3วิของแริงดันไฟฟ)ากริะแสตริงท�7ข 3วิของท3งสองสถาน� ผลของการิจ0าลองการิส/งก0าลงไฟฟ)ากลบัทางของริะบับั HVDC แสดังดังภาพท�7 11 ก/อนจะกลบัท�ศึทางการิส/งก0าลงไฟฟ)าดั�ซึ่�จะท0าลดัก0าลงไฟฟ)าลงให!เหล#อ 0.2 p.u. หลงจากน3นท0าการิกลบัข3วิของแริงดันไฟฟ)ากริะแสตริงท�7ข 3วิของท3งสองสถาน� การิกลบัข3วิแริงดันไฟฟ)ากริะแสตริงจะเสริ<จส�3นภายในเวิลาปริะมาณ 0.15 ถ�ง 0.2 วิ�นาท� หลงจากน3นจ�งค/อยๆเพ�7มก0าลงไฟฟ)าข�3นจนถ�งค/าลบั 1.0 p.u.
การิทดัสอบัการิท0างานของริะบับั HVDC ในขณะเก�ดัการิลดัวิงจริของริะบับัไฟฟ)ากริะแสสลบัจะท0าการิทดัสอบั 2 เง#7อนไข เง#7อนไขแริกเป;นการิลดัวิงจริทางดั!านริะบับัไฟฟ)ากริะแสสลบัท�7บัสอ�นเวิอเตอริ� การิลดัวิงจริเป;นแบับัเฟสลงส5/ดั�น เฟสท�7เล#อกในการิลดัวิงจริค#อเฟส A การิลดัวิงจริเก�ดัข�3นท�7เวิลา 1.0 วิ�นาท� เป;นเวิลานาน 5 ไซึ่เค�ล การิลดัวิงจริน�3ท0าให!แริงดันไฟฟ)ากริะแสตริงทางดั!านอ�นเวิอเตอริ�ม�ค/าลดัลงใกล!ศึ5นย�และช,ดัจ0ากดักริะแสท�7ข�3นกบัแริงดันจะให!สญญาณกริะแสอ!างอ�งท�7ลดัลงท0าให!สญญาณม,มจ,ดัชนวินของอ�นเวิอเตอริ�มาอย5/ท�7 90 องศึา ส/วินม,มจ,ดัชนวินของเริคต�ไฟริ�จะปริบัตามค/ากริะแสอ!างอ�ง หลงจากการิลดัวิงจริส�3นส,ดัลงแล!วิริะบับั HVDC เริ�7มท0างาน โดัยริะบับัสามาริถเข!าส5/สภาวิะคงตวิไดั!ภายในเวิลา 0.2-0.3 วิ�นาท�หลงจากการิลดัวิงจริส�3นส,ดัลง ผลตอบัสนองของริะบับัท�7ม�ต/อการิลดัวิงจริแสดังในริ5ปท�7 12
10
(ก) แริงดันกริะแสสลบัดั!านอ�นเวิอเตอริ� (ข) กริะแสเฟส A
(ค) แริงดันดั�ซึ่�ท�7อ�นเวิอเตอริ�และกริะแสดั�ซึ่� (ง)
สญญาณม,มจ,ดัชนวินริ5ปท�7 12 ผลตอบัสนองของริะบับั HVDC และริะบับัไฟฟ)ากริะแสสลบัเม#7อเก�ดัลดัวิงจริ
ท�7เฟส A ท�7สถาน�คอนเวิอเตอริ�
เง#7อนไขท�7สองเป;นการิลดัวิงจริทางดั!านริะบับัไฟฟ)ากริะแสสลบัท�7บัสเริคต�ไฟริเออริ� การิลดัวิงจริเป;นแบับัเฟส A ลงส5/ดั�น การิลดัวิงจริเก�ดัข�3นท�7เวิลา 1.0 วิ�นาท� เป;นเวิลานาน 5 ไซึ่เค�ล ขณะลดัวิงจริแริงดันไฟฟ)ากริะแสตริงทางดั!านอ�นเวิเตอริ�จะม�ค/าลดัลงส5/ศึ5นย�และช,ดัจ0ากดักริะแสท�7ข�3นกบัแริงดันจะให!สญญาณกริะแสอ!างอ�งท�7ลดัลงท0าให!
11
สญญาณม,มจ,ดัชนวินของอ�นเวิอเตอริ�และของเริคต�ไฟเออริ�มาอย5/ท�7ปริะมาณ 90
องศึา หลงจากการิลดัวิงจริส�3นส,ดัลงแล!วิริะบับั HVDC เริ�7มท0างาน และสามาริถเข!าส5/สภาวิะคงตวิไดั!ภายในเวิลา 0.2-0.3 วิ�นาท�หลงจากการิลดัวิงจริส�3นส,ดัลง ผลตอบัสนองของริะบับัท�7ม�ต/อการิลดัวิงจริแสดังในริ5ปท�7 13
(ก) แริงดันกริะแสสลบัดั!านเริคต�ไฟริ� (ข) กริะแสเฟส A
ค) แริงดันดั�ซึ่�ท�7อ�นเวิอเตอริ�และกริะแสดั�ซึ่�
(ง) สญญาณม,มจ,ดัชนวินริ5ปท�7 13 ผลตอบัสนองของริะบับั HVDC และริะบับัไฟฟ)ากริะแสสลบัเม#7อเก�ดัลดัวิงจริ
ท�7เฟส A ท�7สถาน�เริคต�ไฟริ�
12
ส่ร�ปริะบับั HVDC ต!นแบับัของ CEGRE และริะบับัควิบัค,มสถาน�คอนเวิอเตอริ�ถ5ก
ศึ�กษาดั!วิยโปริแกริม ATP-EMTP วิ�ธี�การิสริ!างริะบับัควิบัค,มท�7ปริะกอบัดั!วิย ช,ดัต�ดัตามเฟส ช,ดัจ,ดัชนวิน ช,ดัวิดัม,มหย,ดัน0ากริะแส ช,ดัจ0ากดักริะแสท�7ข�3นกบัแริงดันและริะบับัควิบัค,มของสถาน�คอนเวิอเตอริ�ไดั!ถ5กน0าเสนอและอธี�บัาย แบับัจ0าลองริะบับั HVDC ท�7สริ!างข�3นถ5กทดัสอบัดั!วิยเง#7อนไขการิท0างานสามแบับัค#อ การิเริ�7มต!นส/งก0าลงไฟฟ)า การิกลบัท�ศึทางการิส/งก0าลงไฟฟ)า และการิท0างานเม#7อเก�ดัลดัวิงจริแบับั single
Line to Ground Fault ผลการิทดัสอบัพบัวิ/าแบับัจ0าลองสามาริถแสดังพฤต�กริริมในภาวิะช7วิคริ5 /ของภาคริะบับัควิบัค,มและภาควิงจริก0าลงภายใต!เง#7อนไขการิท0างานท3งสามไดั!เป;นอย/างดั� แบับัจ0าลองท�7สริ!างข�3นจ�งเหมาะสมส0าหริบัใช!อธี�บัายการิท0างานท�7ซึ่บัซึ่!อนของริะบับัควิบัค,ม HVDC
เอกส่ารอ างอ#ง[1] D. Goldsworthy and J. Vithayathil, “EMTP model of an HVDC system”, IEEE Montech 86, Conf. on HVDC Power Transmission, Sept 29 – Oct 1, 1986 pp 39-46[2] S. Nyati et al, “Comparison of voltage control devices at HVDC converter stations connected to weak ac systems”, IEEE Transaction on Power Delivery, Vol. 3 No. 2, April 1988 pp684-693[3] V. Khatri, V.K. Sood and H. Jin, “Analysis and EMTP simulation of a converters operating with weak ac systems,” Canadian Conference On Electrical and Computer Engineering, Concordia University, Vol. 1, September 1994.[4] V. Khatri, V.K. Sood and H. Jin, “ EMTP modeling of CIGRE benchmark base HVDC Transmission system operating with weak AC systems,” Canadian Conference On Electrical and Computer Engineering, Concordia University, Vol. 1, September 1996.[5] J. Arrillaga and B.C. Smith, “AC-DC power system analysis,” The Institution of Electrical Engineers, London, 1998.
13
