การวิเคราะห์และออกแบบอินเวอร์เตอร์แบบไดโอด-แคลมป์เชื่อมต่อกับระบบไฟฟ้า

Abstract

บทคัดย่อ ปัจจุบันนี้การผลิตกำลังงานไฟฟ้าจากพลังงานทดแทนแบบเชื่อมต่อระบบไฟฟ้าหลัก กำลังเป็นที่สนใจอย่างมากในปัจจุบัน เนื่องจากปัญหาการลดลงของพลังงานฟอสซิล ซึ่งการผลิตไฟฟ้าดังกล่าวจะอาศัยการแปลงแรงดันไฟตรงเป็นแรงดันไฟสลับด้วยอิเล็กทรอนิกส์กำลังพร้อมระบบเชื่อมต่อวงจรเข้าระบบไฟฟ้ากำลังหลักด้วย วิทยานิพนธ์นี้เป็นการวิเคราะห์และออกแบบอินเวรอ์เตอร์แบบไดโอด-แคลมป์เชื่อมต่อกับระบบไฟฟ้า เพื่อแปลงแรงดันไฟตรงจากแหล่งพลังงานทดแทนให้เป็นแรงดันไฟสลับ 3 เฟสที่มีระดับแรงดันเท่ากับระบบไฟฟ้าหลัก พร้อมทั้งสามารถเชื่อมต่อเข้าสู่ระบบไฟฟ้าหลักได้ อินเวอร์เตอร์แบบไดโอด-แคลมป์ในโครงการจะถูกควบคุมการทำด้วยหลัก Carrier-based SVPWM ที่มีความถี่สวิตช์ 10 กิโลเฮิรตซ์ โดยใช้บอร์ดประมวลผลสัญญาณ STM32F4 Discovery Board ซึ่งใช้ไอซีเบอร์ STM32F407V3 ของบริษัท ST อิเล็กทรอนิกส์ จำกัด เป็น MCU ในการสร้างสัญญาณควบคุมสวิตช์อิเล็กทรอนิกส์ พร้อมทั้งซิงโครไนซ์เข้าสู่ระบบไฟฟ้าหลักด้วยหลักการเฟสล็อกลูปและการควบคุมการไหลของกระแส ผลจากการทดสอบงานวิทยานิพนธ์ โดยการป้อนแรงดันเข้า 192 VDC เข้าสู่วงจรเพื่อสร้างแรงดันไฟสลับที่กริด 3 เฟสขนาด 48 V พบว่าระบบสามารถเชื่อมต่อเข้าระบบไฟฟ้าหลักได้ ภายในเวลา 0.08 วินาที จากสภาวะเริ่มต้น ทั้งนี้ค่าความเพี้ยนฮาร์มอนิกส์ของแรงดันเอาต์พุตของวงจรอยู่ที่ 2.879 เปอร์เซ็นต์ ซึ่งไม่เกิดขนาด 5 เปอร์เซ็นต์ตามข้อกำหนดของการไฟฟ้าส่วนภูมิภาค

At present, grid-connected renewable energy power is getting much attention due to the reduction of fossil fuel energy. However, the grid-connected power needs Direct Current (DC) and Alternating Current (AC) power conversion in which power electronics’ circuit topology and a synchronizing system are involved. This thesis aimed to analysis and design of grid-connected diode-clamped inverter with and appropriate synchronizing system in order to convert power from renewable DC source into grid AC system. The operation of this analysis and design of grid-connected diode-clamped inverter was controlled by the 10 kHz switching frequency of a Carried Based Pulse Width Modulation Technique using a commercial STM32F4 discovery board with the STM32F407VG MCU of ST Electronics (Thailand) Limited as a CB-SVPWM signal generator for power switch as well as for synchronizing it into the main power system based on the phase-locked loop principle. This DSP board was also used for current flow control. The results showed that the output of AC line voltage at 48 V was generated when the input voltage was at 192 VDC. The inverter could synchronize to the 48 V grid system successfully within 0.08 second. However, the three-phase three-level diode-clamped inverter had a 2.879% THDv, but not exceeding the 5% THDv as required by the regulation of the Provincial Electricity Authority (PEA).