ผู้พัฒนา

รองศาสตราจารย์ ดร.พิชัย อารีย์
ภาควิชาวิศวกรรมไฟฟ้าและคอมพิวเตอร์

รายละเอียดงานวิจัย

การวิเคราะห์เสถียรภาพของระบบไฟฟ้าโดยทั่วไปแล้วใช้ขั้นตอนวิธีการคำนวณการไหลเพื่อคำนวณหาจุดทำงานเริ่มต้นของระบบไฟฟ้าก่อนที่การรบกวน (Disturbance) จะถูกใส่เข้าไปในระบบเพื่อสังเกตผลการตอบสนองเชิงพลวิติของระบบไฟฟ้า ระบบไฟฟ้ากำลังโดยส่วนใหญ่ประกอบด้วยโหลดซึ่งเป็นมอเตอร์เหนี่ยวนำขนาดใหญ่จำนวนหนึ่ง และมอเตอร์จำนวนดังกล่าวส่งผลกระทบต่อเสถียรภาพของระบบไฟฟ้า ด้วยเหตุนี้ การศึกษาวิเคราะห์เสถียรภาพเชิงแรงดันและเชิงมุมของระบบไฟฟ้าร่วมกับโหลดมอเตอร์เหนี่ยวนำในปัจจุบันนี้ นิยมใช้ขั้นตอนวิธีการคำนวณการไหลแบบดั้งเดิม (Conventional power-flow algorithms) โปรแกรมที่ใช้วิเคราะห์ระบบไฟฟ้าที่ขายกันอยู่ในท้องตลาดเชิงพานิช เช่นโปรแกรม PSS/E, Power World, DSA Tool, ETABS, PSLF และอื่น ๆ นิยมใช้แบบจำลองโหลดชนิดกำลังไฟฟ้าคงที่เป็นตัวแทนโหลดมอเตอร์เหนี่ยวนำเพื่อการคำนวณหาจุดทำงานของมอเตอร์ร่วมกับระบบไฟฟ้าด้วยวิธีการคำนวณการไหล ในขั้นตอนแรก กำลังไฟฟ้าจริงและกำลังไฟฟ้ารีแอกทีฟของมอเตอร์เหนี่ยวนำจะถูกกำหนดให้มีค่าคงที่ระหว่างการคำนวณการไหล ภายหลังการคำนวณการไหลเสร็จสิ้นลงจะทราบขนาดแรงดันที่ขั้วของมอเตอร์ ค่ากำลังไฟฟ้าจริงที่กำหนดไว้กับค่าแรงดันที่คำนวณได้จะถูกนำไปใช้ในการหาค่าสลิปและค่ากำลังไฟฟ้ารีแอกทีฟของมอเตอร์ที่ใช้จริง ซึ่งจะพบว่า กำลังไฟฟ้ารีแอกทีฟที่มอเตอร์ใช้จริงนี้มีค่าแตกต่างหรือไม่เท่ากับค่าเดิมกำหนดไว้ในขั้นตอนแรกของการคำนวณการไหล ค่าความแตกต่างระหว่างค่าจริงและค่าเดิมที่กำหนดไว้จะได้รับการแก้ไขด้วยการต่อตัวแอดมิตแทนซ์ชดเชยขนานเข้ากับขั้วของมอเตอร์เพื่อกำจัดค่าความแตกต่างดังกล่าว การประยุกต์ใช้ตัวชดเชยดังกล่าว สะท้อนให้เห็นว่าจุดทำงานที่คำนวณได้ยังไม่ถูกต้องเหมาะสม และเมื่อนำมาใช้ในการวิเคราะห์เสถียรภาพของระบบไฟฟ้าซึ่งประกอบด้วยโหลดประเภทมอเตอร์และประกอบกับระบบไฟฟ้าก็ทำงานอยู่ใกล้จุดวิกฤต จึงเป็นสาเหตุทำให้การวิเคราะห์ดังกล่าวขาดความถูกต้องแม่นยำ ดังได้มีรายงานวิจัยจำนวนหนึ่งนำเสนอชี้ประเด็นถึงความผิดพลาดเอาไว้ [1-4] ด้วยเหตุนี้ เทคนิคการประยุกต์ใช้ตัวแอดมิตแทนซ์ชดเชยที่นิยมนำมาใช้กันในหมู่อุตสาหกรรมซอร์ฟแวร์เชิงพานิช เช่นโปรแกรม PSS/E, Power World, DSA Tool, ETABS, PSLF [5-9] จะส่งทำให้ผลการวิเคราะห์เสถียรภาพของระบบไฟฟ้าขาดความน่าเชื่อถือ ทำให้การศึกษาวางแผนระบบไฟฟ้าเป็นไปอย่างไม่ถูกต้องสมบูรณ์ และอาจนำไปสู่การขาดความน่าเชื่อเถือ

เพื่อที่จะแก้ไขปัญหาการขาดความน่าเชื่อถือในการวิเคราะห์เสถียรภาพของระบบไฟฟ้าเนื่องจากการประยุกต์ใช้ตัวชดเชยดังกล่าว ดังที่นิยมใช้กันอยู่ในหมู่อุตสาหกรรมซอร์ฟแวร์วิเคราะห์ระบบไฟฟ้าเชิงพานิช ดังกล่าวมาแล้ว งานวิจัยนี้ได้คิดริเริ่มแก้ปัญหาด้วยการพัฒนาองค์ความรู้เพื่อปรับปรุงเทคนิคขั้นตอนวิธีนึวตันราฟสันแบบเดิมที่ใช้กันอยู่แล้วให้สามารถคำนวณหาคำตอบของตัวแปรโครงข่ายระบบไฟฟ้าและตัวแปรของมอเตอร์ไปพร้อม ๆ กัน หรือในคราวเดียวกัน ซึ่งเรียกว่าแบบยูนิฟาย (Unified Newton Raphson) โดยเมื่อการคำนวณเสร็จสิ้นลง จุดทำงานของระบบไฟฟ้าและมอเตอร์จะมีความถูกต้องแม่ยำและสอดคล้องกัน โดยที่ไม่มีความจำเป็นใด ๆ ที่ต้องใช้ตัวชดเชยอีกต่อไป อีกทั้งขั้นตอนวิธีที่นำเสนอก็เป็นวิธีที่มีความน่าเชื่อถือและมีประสิทธิ์ภาพในการคำนวณที่ดี โดยมีคุณลักษณะการลู่เข้าหาคำตอบเป็นแบบควอดราติก ซึ่งหากผู้ผลิตโปรแกรมวิเคราะห์ระบบไฟฟ้าเชิงพานิช เช่น PSS/E, Power World, DSA Tool, ETABS, PSLF และอื่น ๆ นำเทคนิคดังกล่าวไปประยุกต์ใช้เพื่อพัฒนาโปรแกรมของตนเองต่อไป ก็จะทำให้การคำนวณหาจุดทำงานของระบบไฟฟ้ามีความถูกต้องสมบูรณ์ ส่งผลทำให้ผลการวิเคราะห์เสถียรภาพของระบบไฟฟ้ามีความสมบูรณ์ถูกต้อง ช่วยทำให้การวางแผนระบบไฟฟ้ามีความน่าเชื่อถือและถูกต้องมากขึ้น

เอกสารอ้างอิง

1. Powell, and G. Radman, “Initialization for dynamic simulation of stressed power systems considering induction motor components of loads,” Power Symposium, NAPS’07, 39^th North American, pp. 102-107, 2007.
2. Ruiz-Vega, T. I. Asiain Olivares, and D. O. Salinas, “An approach to the initialization of dynamic induction motor models,” IEEE Trans. Power Systems, vol. 17, pp. 747-750, Aug. 2002.
3. Nandigam, B. H. Chowdhury, “Power flow and stability models for induction generator used in wind turbines,” IEEE Power Engineering Society General Meeting, pp. 1-5, 2004.
4. Perdana, “Dynamic models for wind turbine,” Ph.D. dissertation, Dept. Energy and Environment, Chalmers University of Technology, Sweden, 2008, pp. 59-61.
5. PSS/E 3.0, Program Application Guide Volume II. Power Technologies Inc, Schenectady, New York, 2004, pp. 19-24–19-28.
6. DSA Tools, TSAT model manual. Powertech Labs Inc, British Columbia, Canada, 2011, pp. 105–107.
7. [Online].Available:http://www.powerworld.com/WebHelp/Content/html/Create_Composite_Load_Models.htm
8. Weber, J.: ‘Coordinated initialisation of the load distribution equivalent, load characteristic, and load distributed generation models’ (PowerWorld corporation, 2016), pp. 8-15
9. GE Energy, “Notes for model ‘motorw’,” Positive Sequence Load Flow (PSLF) User’s Manual, vol. 17.0 07, November 19, 2010, pp. 963.

ผลงานวิจัยที่ได้รับการตีพิมพ์

• Aree, “Improved Power Flow Initialization of Dynamic Studies with Nonlinear Composite Load Model”, Electric Power Components and Systems, Vol. 41, October 2013, pp. 1469-1485.
• Aree “Efficient and Precise Dynamic Initialization of Induction Motors using Unified Newton-Raphson Power-Flow Approach”, IEEE Trans. Power System. Vol. 32. No. 1 January 2017, pp. 464-473.
• Aree “Precise Dynamic Initialisation of Fixed-speed Wind Turbines under Active-stall and Active-pitch Controls from their Aerodynamic Power Coefficients using unified Newton–Raphson Power-flow Approach”, Accepted for IET Journals: Generation, Transmission and Distribution, Vol. 12, No. 1, 2018, pp. 9-19.
• Aree “Accurate Power-Flow Initialization of Double-Cage Induction Motors using Unified Newton-Raphson Method”, Accepted for International Journal of Electrical Power & Energy System.

ข้อมูลเพิ่มเติม:

รองศาสตราจารย์ ดร.พิชัย อารีย์

ภาควิชาวิศวกรรมไฟฟ้าและคอมพิวเตอร์

email: apichai@engr.tu.ac.th