พงศ์พันธุ์ ปริยวงศ์
ทบทวนและทำความเข้าใจในเรื่องสมาร์ทกริดของโครงข่ายทางไฟฟ้า
การรวมนวัตกรรมอุปกรณ์และสมาร์ทกริดเข้ากับระบบส่งจ่ายกำลังไฟฟ้า จะส่งผลให้ลักษณะการทำงานของระบบเกิดการเปลี่ยนแปลงจากสแตติกกลายเป็นไดนามิกมากขึ้น ซึ่งในตอนนี้จะได้เพิ่มเติมรายละเอียดแนวทางของเทคโนโลยีที่ใช้ในสมาร์ทกริด เพื่อประกอบการพิจารณาในเชิงของการวางแผน การดำเนินการ และผลกระทบที่อาจเกิดขึ้น โดยจะแบ่งออกเป็นหัวข้อย่อยคือ แนวคิด อุปกรณ์ การใช้งาน และการติดต่อสื่อสาร หลังจากนั้นจะได้อธิบายถึงมุมมองระบบสารสนเทศของสมาร์ทกริดและการวิเคราะห์ลักษณะโครงข่ายภายในสมาร์ทกริด
1.1 แนวคิด
ในส่วนของแนวคิดที่เกี่ยวข้องกับสมาร์ทกริดที่จะกล่าวถึงประกอบด้วย ระบบเก็บสะสมพลังงาน การขนส่งโดยใช้พลังงานไฟฟ้า ระบบอัตโนมัติของภาคอุตสาหกรรม ความปลอดภัย และการทดสอบ
1.1.1 ระบบเก็บสะสมพลังงาน
ระบบเก็บสะสมพลังงานมีหน้าที่สำคัญในการเสริมสร้างเสถียรภาพให้กับภาคการผลิตในช่วงเวลาต่าง ๆ ซึ่งมีอัตราการใช้พลังงานเปลี่ยนแปลงอยู่ตลอดเวลา โดยในปัจจุบันระบบส่วนนี้ได้เข้ามามีบทบาทเพิ่มมากขึ้น เนื่องจากความก้าวหน้าของเทคโนโลยีการเก็บสะสมพลังงาน และมุมมองด้านเศรษฐศาสตร์ที่เกิดจากการเชื่อมต่อของกริด ซึ่งบางประเทศได้ให้ความสำคัญกับระบบเก็บสะสมพลังงานด้วยการระบุไว้ในข้อกำหนดลักษณะของสมาร์ทกริด เช่น องค์กร EISA (Energy Independence and Security Act) ในประเทศสหรัฐอเมริกา สำหรับเทคโนโลยีการเก็บสะสมพลังงานที่น่าสนใจจะแสดงอยู่ในตารางที่ 1
ตารางที่ 1 เทคโนโลยีการเก็บสะสมพลังงาน
1) ล้อช่วยแรง (flywheel) คือ การสะสมพลังงานจลน์ผ่านการหมุนของก้านเพลา เพื่อทำให้เกิดพลังงานจากแรงหมุนที่คล้ายกับเครื่องยนต์ลูกสูบ ซึ่งจะไปหมุนวงล้อทำให้เกิดเป็นโมเมนตัมขึ้น ล้อช่วยแรงประกอบด้วย แบริ่ง มอเตอร์ไฟฟ้า เครื่องกำเนิดไฟฟ้า และวงล้อพร้อมชุดก้านเพลา ล้อช่วยแรงแบ่งออกได้เป็น 2 ประเภทตามแนวแกนหมุนของเพลาขับวงล้อ ได้แก่ แนวแกนตั้ง และแนวแกนนอน
รูปที่ 1 ล้อช่วยแรง (ก) แนวแกนนอน (ข) แนวแกนตั้ง
2) การอัดอากาศ (compressed air energy storage, CAES) คือ เทคโนโลยีของการอัดอากาศลงในโพรงขนาดใหญ่ใต้พื้นดิน โดยจะนำพลังงานไฟฟ้าที่เหลือจากการบริโภคช่วง off-peak มาใช้ในการขับเคลื่อนมอเตอร์ไฟฟ้า เพื่ออัดอากาศด้วยความดันสูงเข้าสู่โพรงใต้พื้นดิน เมื่ออากาศถูกอัดด้วยแรงดันสูง จะส่งผลให้อุณหภูมิของอากาศเพิ่มขึ้น เมื่อต้องการนำเอาอากาศร้อนที่สะสมอยู่มาใช้งาน ก็สามารถทำโดยการอุ่นอากาศด้วยเครื่องกู้สภาพ ก่อนจะนำขึ้นสู่พื้นดินด้วยเครื่องอัดไอ อากาศร้อนจะถูกนำมารวมกับน้ำมันหรือแก๊สเพื่อให้เกิดการจุดติดไฟได้ง่ายขึ้น ซึ่งความร้อนที่ได้จากกระบวนการดังกล่าวจะถูกนำไปผลิตกระแสไฟฟ้าสำหรับช่วงเวลาที่มีความต้องการใช้พลังงานสูง
3) ระบบสูบน้ำกลับ (pump hydro-electric storage) คือการสูบน้ำไปไว้บนที่สูง ก่อนจะนำกลับมาใช้ผลิตพลังงานไฟฟ้าในภายหลัง เพื่อรักษาสมดุลระหว่างการผลิตกับการใช้พลังงาน
ในการดำเนินการจะอาศัยพลังงานส่วนเกินจากการผลิตมาใช้กับปั๊มและมอเตอร์ เพื่อสูบน้ำในเขื่อนหรืออ่างเก็บน้ำไปไว้ในบริเวณที่สูงกว่า ส่งผลให้พลังงานศักย์ของน้ำที่สูบขึ้นไปเก็บไว้เพิ่มขึ้น เมื่อใดที่มีความต้องการใช้ไฟฟ้ามากกว่ากำลังการผลิตปกติ ผู้ดูแลระบบก็จะปล่อยน้ำที่กักเก็บไว้ลงมาผ่านกังหันและเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า การกักเก็บพลังงานด้วยวิธีนี้จะถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในอเมริกาเหนือ
รูปที่ 2 ระบบสูบน้ำกลับ
4) ถังน้ำร้อน-น้ำเย็น (hot –cold water tank) คือ เทคโนโลยีการเก็บสะสมพลังงานความร้อน โดยใช้น้ำเป็นตัวกลางในการถ่ายเทพลังงาน วิธีนี้จะถูกนำไปประยุกต์ใช้กับการผลิตน้ำร้อนเพื่อการอุปโภคและบริโภค การปรับอากาศภายในอาคารสำนักงาน ตลอดจนการผลิตพลังงานไฟฟ้า
จากความยืดหยุ่นในการบริหารระบบไฟฟ้าที่ได้จากการเก็บสะสมพลังงาน เมื่อนำมารวมเข้ากับการวางแผนระบบส่งจ่าย ก็จะส่งผลให้ขอบเขตการดำเนินการถูกขยายออกไปถึงการติดตามและการจัดการเฟส นอกจากนี้ความก้าวหน้าของเทคโนโลยีการเก็บสะสมพลังงานยังส่งผลดีต่อภาคอุตสาหกรรมและผู้ใช้ ดังนี้
1.1.2 การขนส่งโดยใช้พลังงานไฟฟ้า
จากงานวิจัยพบว่า การขนส่งที่อาศัยพลังงานไฟฟ้ามีความเป็นไปได้มากที่จะส่งผลต่อภาระการทำงานของระบบไฟฟ้า โดยเฉพาะการเกิดขึ้นของพาหนะไฟฟ้าแบบเสียบปลั๊ก (plug-in electric vehicle, PEV) ผู้ดูแลระบบจึงควรให้ความสำคัญและเตรียมแผนดำเนินการให้สอดคล้องกับสถานการณ์ในกรณีดีที่สุดและกรณีแย่ที่สุด ดังนี้
ข้อสังเกต: ความท้าทายที่มีต่อความน่าเชื่อถือของระบบเมื่อมีการใช้งาน PEV อย่างแพร่หลาย จะต้องรวมถึงการออกแบบระบบกระจายที่สนับสนุนให้เกิดการทำงานแบบยืดหยุ่นในด้านต่าง ๆ เช่น ระบบการสื่อสาร ระบบป้องกัน
1.1.3 ระบบอัตโนมัติของภาคอุตสาหกรรม
ระบบอัตโนมัติของภาคอุตสาหกรรม (industrial automation system) เป็นระบบที่ติดตั้งอยู่ในภาคการผลิตของโรงงานอุตสาหกรรม เพื่อควบคุมกระบวนการทำงาน ระบบนี้ประกอบด้วย PLC (programmable logic controller) และ DCS (distributed control system) ที่อยู่ในเครื่องมือวัดต่างๆ รวมถึงระบบที่ให้คำแนะนำและแสดงผล
ระบบอัตโนมัติจะถูกนำมาใช้ในการบริหารและควบคุมการใช้พลังงานในกระบวนการผลิตของโรงงานอุตสาหกรรม รวมไปถึงการผลิตพลังงาน แม้ว่าระบบอัตโนมัติของภาคอุตสาหกรรมจะแยกจากสมาร์ทกริด แต่ในปัจจุบันระบบเหล่านี้ก็ส่งผลกับคุณสมบัติของกริด โดยเฉพาะภาคอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ที่มีความสามารถในการผลิตพลังงานไฟฟ้า หรือมีปริมาณการเปลี่ยนแปลงของโหลดสูง
1.1.4 ความปลอดภัยสำหรับสมาร์ทกริด
1) สถาปัตยกรรมของการสั่งงานและการควบคุม
การพัฒนาสถาปัตยกรรมการสั่งงานและการควบคุม เพื่อรองรับความซับซ้อนของสภาพแวดล้อม ได้นำมาสู่การบริหารจัดการแบบรวมศูนย์ ซึ่งจะช่วยให้กริดมีความน่าเชื่อถือเพิ่มขึ้น โดยเฉพาะในช่วงที่เกิดทรานเซียนต์หรือสถานการณ์ไม่ปกติ
อุปกรณ์ที่ใช้ภายในกริดส่วนใหญ่จะถูกออกแบบให้มีการทำงานสนองตอบกับเงื่อนไขในขณะใดขณะหนึ่งมากกว่าจะเป็นการดำเนินการในภาพรวม เช่น เซอร์กิตเบรกเกอร์จะทริปเมื่อเกิดการลัดวงจรลงกราวด์ recloser จะถูกใช้เพิ่มความน่าเชื่อถือให้กับกริดด้วยการพยายามเชื่อมต่อวงจรอัตโนมัติ ดังนั้นเมื่อผู้ดูแลระบบมีการนำเทคโนโลยีสมาร์ทกริดเข้ามาใช้ ทำให้การทำงานของอุปกรณ์ต่างๆจะถูกบริหารจัดการและรับคำสั่งจากศูนย์ควบคุมอย่างเป็นระบบ เพื่อนำบริการกลับมาเมื่อเกิดอุบัติเหตุ เช่นการปรับเปลี่ยนเส้นทางการส่งพลังงานใหม่เพื่อเลี่ยงเส้นทางที่เกิดเหตุ การปรับแหล่งผลิตหรือโหลดเพื่อตอบสนองกับเหตุการณ์ที่เกิดขึ้น
ในการบริหารจัดการแบบรวมศูนย์จะแบ่งการสั่งการออกเป็นลำดับชั้นตามลำดับ ในกรณีเช่นนี้ผู้ดูแลจึงควรคำนึงถึงสถานการณ์ที่ระบบอาจสูญเสียการติดต่อกับศูนย์เมื่อการสั่งการชั้นใดชั้นหนึ่งขาดหายไป ทำให้ในช่วงนั้นมีอุปกรณ์บางส่วนที่ไม่สามารถตอบสนองต่อการสั่งการได้ จนอาจมีผลกระทบกับการให้บริการถ้ามีอุบัติเหตุเกิดขึ้น ดังนั้นการลดช่วงเวลาของการสูญเสียการติดต่อแบบ real-time กับศูนย์สั่งการจึงเป็นสิ่งจำเป็น สำหรับข้อมูลสำคัญที่ได้จากการติดตามแบบ real-time ของศูนย์ควบคุมสั่งการจะมีดังนี้
ลักษณะสำคัญเมื่อมีการโจมตีจนทำให้เกิดการสูญเสียสัญญาณที่ใช้ในการควบคุมสั่งการ ไม่ว่าจะเกิดขึ้นบางส่วนหรือเกิดขึ้นทั้งหมดกับตัวกลางแบบใช้สายหรือตัวกลางแบบไร้สาย จะสามารถแบ่งออกได้เป็น 3 ส่วน ดังนี้ (ตัวอย่างจะแสดงอยู่ในตารางที่ 2)
ตารางที่ 2 ลักษณะสำคัญของการโจมตีการส่งสัญญาณ
ข้อสังเกตความเป็นไปได้ของตำแหน่งที่เกิดการสูญเสียสัญญาณ ซึ่งใช้ในการควบคุมสั่งการ จะพิจารณาได้จากองค์ประกอบของเส้นทางภายในเครือข่ายการสื่อสารดังแสดงในรูปที่ 3
รูปที่ 3 ตำแหน่งบนเส้นทางเครือข่ายการสื่อสารที่อาจเกิดการสูญเสียสัญญาณ
2) แบบจำลองการป้องกันและการรักษาความปลอดภัย
ความเข้มแข็งของสถาปัตยกรรมที่ใช้ในการรักษาความปลอดภัยทางด้านการติดต่อสื่อสาร จะเกี่ยวข้องกับแบบจำลองชั้นการป้องกันเชิงลึก (defense-in-depth) ซึ่งเป็นการให้แนวทางการดูแลองค์ประกอบสำคัญที่อยู่ภายในเครือข่าย
รูปที่ 4 แสดงแบบจำลองชั้นการป้องกันเชิงลึกที่ใช้กับศูนย์ควบควบคุมสั่งการ ในแบบจำลองนี้ระบบของศูนย์จะถูกติดตั้งและดำเนินการอยู่ที่แกนในสุด ส่วนชั้นถัดมาจะเป็นทางเลือกที่เปิดให้กับผู้ดูแลสามารถเลือกใช้ตามความเหมาะสมของการออกแบบ ซึ่งชั้นมาตรฐานของแบบจำลองจะประกอบด้วย
รูปที่ 4 แบบจำลองการป้องกันเชิงลึก
การใช้แบบจำลองจะถือว่าระบบแต่ละประเภทถูกเลือกมาอย่างอิสระ ระบบและศูนย์ควบคุม (control center) สามารถเลือกใช้ระบบป้องกันที่แตกต่างจากสถานีไฟฟ้าย่อย (substation) หรืออุปกรณ์ในภาคสนาม (field devices) ได้ รูปที่ 5 แสดงตัวอย่างการเลือกใช้ระบบป้องกันดังกล่าว อย่างไรก็ตาม การระบุชั้นของทุกระบบยังคงเหมือนกัน
รูปที่ 5 ตัวอย่างการใช้งานแบบจำลองการป้องกันเชิงลึก
1.1.5 การทดสอบ
เครือข่ายสมาร์ทกริดที่สมบูรณ์จะเกิดขึ้นจากการทำงานร่วมกันขององค์ประกอบย่อย ซึ่งคุณสมบัติของแต่ละส่วนย่อมมีผลต่อประสิทธิภาพการทำงานภาพรวม ผู้ดูแลระบบจึงจำเป็นต้องทดสอบเพื่อยืนยันลักษณะที่แท้จริงขององค์ประกอบเหล่านั้น รวมถึงการเปลี่ยนแปลงที่อาจเกิดขึ้น การวัดและทดสอบค่าต่าง ๆ ตั้งแต่ช่วงของการติดตั้ง รวมถึงการดำเนินการและช่วงของการซ่อมบำรุง จึงนับเป็นงานที่สำคัญของการบริหารเครือข่าย
ข้อมูลทางเทคนิคของระบบย่อยที่ติดตั้งแล้วรวมถึงข้อมูลการเชื่อมต่อ จะถูกเก็บรวบรวมอยู่ในเอกสารที่เรียกว่า “As-built” ซึ่งผู้ดูแลระบบจะเริ่มตรวจสอบหลังจากองค์ประกอบย่อยทั้งหมดถูกติดตั้งเสร็จแล้ว หรือเรียกว่าการทดสอบ Standalone จนถึงการทดสอบเมื่อมีการเชื่อมโยงอุปกรณ์เข้าไปยังโครงข่ายของผู้ใช้งานในขั้นตอนสุดท้ายหรือ User acceptance เพื่อนำผลที่ได้ไปเปรียบเทียบกับข้อกำหนดทางวิศวกรรมและความต้องการทางธุรกิจ
ในการจัดลำดับความสำคัญ ผู้ดูแลควรเริ่มจากอิลิเมนต์ต่าง ๆ ในระบบไฟฟ้ากำลัง ระบบเซนเซอร์/actuator แล้วจึงค่อยตามด้วยระบบสื่อสัญญาณแกนหลักที่มีความจุสูง หลังจากนั้นจึงเป็นการทดสอบการเชื่อมโยงความจุต่ำและส่วนที่ยื่นออกไปเป็นกิ่ง เมื่อการทดสอบแต่ละส่วนเรียบร้อยแล้ว จึงค่อยเริ่มการทดสอบที่เป็นการทำงานร่วมกัน ตั้งแต่การส่งข้อมูลจากระบบเซนเซอร์/ actuator จนถึงการส่งคำสั่งไปยังอิลิเมนต์ในระบบไฟฟ้ากำลัง
ข้อสังเกต: การทำงานร่วมกันระหว่างฟังก์ชันที่มาจากต่างผู้ขายควรเป็นไปตามโปรโตคอลมาตรฐาน เพื่อไม่ให้เกิดปัญหาจนส่งผลกระทบกับการดำเนินการ ในกรณีของระบบย่อยที่มาจากต่างเทคโนโลยีควรมีชุดรวมการทำงาน (integrator) เพื่อเป็นตัวกลางเชื่อมต่อให้ทุกส่วนเข้ามาทำงานบนโครงสร้างพื้นฐานเดียวกัน การเชื่อมต่อส่วนนี้จะต้องมีความน่าเชื่อถือและช่วยให้เกิดการทำงานประสานกัน สามารถประเมินสถานะของแต่ละส่วนที่มาทำงานร่วมกันได้
1.2 อุปกรณ์
ในส่วนของอุปกรณ์จะได้กล่าวถึง อุปกรณ์วัด PMU (phasor measurement unit), SVC (static VAR compensator), STATCOM (static compensator), TCSC หรือ TSSC (thyristor-controlled and switched series capacitor), อุปกรณ์แก้ไขค่าตัวประกอบกำลัง, อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อัจฉริยะ (intelligent electronic device, IED), อุปกรณ์ตรวจวัดสายส่ง, โครงสร้างมิเตอร์ขั้นสูง (advanced metering infrastructure, AMI) และมิเตอร์อัจฉริยะ (smart meter)
1.2.1 อุปกรณ์วัด PMU
อุปกรณ์วัด PMU (phasor measurement unit) จะมีความสามารถในการวัดรูปแบบสัญญาณดิจิตอล และสัญญาณอะนาลอก รวมถึงมีฟังก์ชันทางเลือกเพื่อบันทึกข้อมูลที่สำคัญอื่น ๆ อีกเช่น ข้อมูลการวัดของรีเลย์ความเร็วสูง ข้อมูลการวัดทางไกล ข้อมูลการบันทึกสัญญาณฟอลท์
ข้อมูลที่ได้จากอุปกรณ์วัด PMU จะเป็นสิ่งจำเป็นต่อการวางแผนและการดำเนินการ โดยผู้ดูแลสามารถติดตามและวิเคราะห์สถานการณ์รบกวนที่เข้ามาจากสถานะตัวแปรของระบบไฟฟ้าเช่น แรงดันไฟฟ้า กระแสไฟฟ้า ความถี่ โดยค่าดังกล่าวจะเปลี่ยนแปลงแตกต่างกันตามแต่ละช่วงเวลา ชุดวัดนี้จะให้ข้อมูลของตัวแปรทั้งขนาดและมุมเฟสแบบ real-time ข้อมูลจะถูกส่งผ่านเครือข่ายการติดต่อสื่อสาร เพื่อนำมาเปรียบเทียบถึงความแตกต่างที่เกิดขึ้นระหว่างสถานี ความรวดเร็วของข้อมูลที่ได้รับจะเป็นประโยชน์อย่างมากต่อการวิเคราะห์และแก้ไขเหตุการณ์เมื่อมีปัญหาเกิดขึ้น
รูปที่ 6 (ก) แสดงสถาปัตยกรรมและเงื่อนไขทางเวลาของหน่วยวัดเฟส PMU ซึ่งมีการจัดวางเป็นชั้นทั้งหมด 3 ชั้น พร้อมเงื่อนไขทางเวลาที่เรียงตามลำดับอย่างเหมาะสม โดยในการดำเนินการชั้นแรกที่เป็นระดับประเทศจะมีเงื่อนไขทางเวลาบนระบบ EMS (energy management system) มากกว่า 1 sec ส่วนชั้นท้องถิ่นจะมีเงื่อนไขทางเวลาที่สั้นลง 100 ms – 1 sec และที่ชั้นสุดท้ายตัวรวม PDC (phasor data concentrator) ก็จะมีเงื่อนไขทางเวลาที่สั้นมาก 10 - 100 ms
สำหรับตัวอย่างการวัดเฟสเซอร์จะแสดงดังรูปที่ 6 (ข) คุณสมบัติของแรงดัน กระแส และความถี่ที่สถานีไฟฟ้าย่อย ซึ่งวัดโดย PMU จะถูกส่งไปยัง PDC หลัก ซึ่งติดตั้งอยู่ที่ศูนย์ควบคุมเพื่อรวบรวมและบริหารข้อมูล โดยมี PDC รองทำหน้าที่แลกเปลี่ยนข้อมูลกับโครงสร้างสาธารณูปโภคข้างเคียง ในส่วนของการดำเนินการระบบที่เน้นการติดตาม แสดงผล และการตรวจสอบสัญญาณแจ้งเตือน ก็จะมีองค์ประกอบที่เข้ามาช่วยสนับสนุนคือ ระบบ SCADA จอมอนิเตอร์ ชุดบันทึก และชุดอ่านข้อมูล ทำให้รูปแบบการควบคุมระบบมีลักษณะที่เป็นแบบ real-time มากขึ้น
รูปที่ 6 (ก) สถาปัตยกรรมและเงื่อนไขทางเวลาของอุปกรณ์วัด PMU (ข) ตัวอย่างองค์ประกอบของการวัดเฟสเซอร์
การควบคุมด้วยการปรับรูปแบบสถานะตัวแปรได้เข้ามามีบทบาทสำคัญต่อระบบไฟฟ้า ผู้ดูแลจะอาศัยการตรวจวัดข้อมูลในสถานีไฟฟ้าย่อยผ่านทางอุปกรณ์วัด PMU ที่ทำงานประสานกับเวลาอ้างอิงระบบติดตามตำแหน่งบนพื้นโลก (global positioning system, GPS) ทำให้การตรวจวัดด้วย PMU ในพื้นที่ต่าง ๆ มีเวลาคลาดเคลื่อนน้อยมากอยู่ในช่วง ±1 µsec ซึ่งข้อมูลจาก PMU ที่แม่นยำนี้ จะนำมาสู่การวิเคราะห์ลักษณะการแกว่งและเสถียรภาพของระบบไฟฟ้าได้อย่างถูกต้อง
รูปที่ 7 ความแตกต่างเฟสของตัวแปรทางไฟฟ้าระหว่างสถานีไฟฟ้า
การวัดเฟสเซอร์แบบซิงโครไนซ์ที่เกิดขึ้นบนบัสแรงดันที่อยู่ใกล้เคียงในเวลาเดียวกัน จะถูกนำมาคำนวณหาการไหลของกำลังไฟฟ้าจริงและกำลังไฟฟ้ารีแอกทีฟ ดังนี้
รูปที่ 8 การวัดเฟสเซอร์แบบซิงโครไนซ์บนบัสแรงดันที่อยู่ใกล้เคียง
การซิงโครไนซ์ของข้อมูลในอุปกรณ์วัด PMU โดยอาศัยค่าอ้างอิงทางเวลาจากระบบ GPS และออสซิลเลเตอร์ที่มีวงจรเฟสล็อกมาป้อนให้กับไมโครโปรเซสเซอร์ดังรูปที่ 9 (ก) จะช่วยให้ผู้ดูแลสามารถเห็นความแตกต่างของมุมเฟสที่เกิดขึ้นในตำแหน่งต่าง ๆ ของระบบส่งจ่ายไฟฟ้าดังกล่าวข้างต้น
รูปที่ 9 (ข) แสดงการติดตั้งองค์ประกอบของอุปกรณ์วัด PMU กับหม้อแปลงเครื่องมือวัดที่สถานีไฟฟ้าย่อย ซึ่งหม้อแปลงเครื่องมือจะแบ่งเป็น หม้อแปลงกระแส (current
transformer, CT) และ หม้อแปลงแรงดัน (potential transformer, PT) รูปที่ 9 (ค) แสดงแนวคิดของเครือข่ายการวัดเฟสเซอร์ซิงโครไนซ์ โดยอุปกรณ์วัด PMU จะรับค่าอ้างอิงทางเวลามาจากแหล่งเดียวกัน ทำให้ศูนย์ควบคุมได้รับข้อมูลที่ถูกต้องมาใช้ในการประมวลผล
รูปที่ 9 (ก) โครงสร้าง PMU (ข) การติดตั้ง PMU ในสถานีไฟฟ้าย่อย (ค) แผนภาพแนวคิดของระบบวัดเฟสเซอร์ซิงโครไนซ์
นอกจากนี้อุปกรณ์วัด PMU ยังถูกนำไปใช้กับเครื่องมือวัดที่เป็นเทคโนโลยีขั้นสูง ซึ่งทำงานด้วยไมโครโปรเซสเซอร์ เช่น รีเลย์ป้องกัน และชุด DFR (disturbance fault recorder) เพื่อเป็นฟังก์ชันส่วนขยายเพิ่มเติมจากฟังก์ชันพื้นฐาน รูปที่ 10 แสดงโมดูล PMU ในไมโครโปรเซสเซอร์ DFR ที่เป็นระบบบันทึกแบบหลายเฟรม ซึ่งใช้กับการติดตามระบบไฟฟ้ากำลัง โดยมีโมดูลที่สามารถเชื่อมต่อกับสัญญาณมาตรฐานของระบบไฟฟ้าที่ติดตั้งอยู่ภายในสถานี ได้แก่
รูปที่ 10 DFR
1.2.2 SVC
SVC (static VAR compensator) เป็นเครื่องมือที่ดูดซับหรือสร้าง VAR สแตติกแบบต่อขนาน ที่ถูกกำหนดโดยมาตรฐาน IEEE 1031-2000 โดยด้านขาออกจะถูกปรับเพื่อแลกเปลี่ยนกระแสคาปาซิทีฟหรืออินดักทีฟสำหรับใช้รักษาหรือควบคุมพารามิเตอร์เฉพาะของระบบไฟฟ้ากำลัง ในทางปฏิบัติ SVC จะให้กำลังรีแอกทีฟแบบไดนามิกโดยการใช้ thyristor เพื่อสวิตช์องค์ประกอบพาสซีฟที่มีอยู่เช่น รีแอกเตอร์หรือคาปาซิเตอร์ เข้าไปยังกริด ทำให้ได้ช่วงของการควบคุมกำลังรีแอกทีฟ เมื่อทำการเชื่อมต่อแบบขนานมีลักษณะที่สม่ำเสมอ
รูปที่ 11 การติดตั้ง SVC ในสถานีไฟฟ้าย่อย
1.2.3 STATCOM
STATCOM (static compensator) จะถูกกำหนดโดยมาตรฐาน IEEE 1031-2000 ในทำนองเดียวกับ SVC โดยการใช้งานในทางปฏิบัติ STATCOM จะให้กำลังรีแอกทีฟแบบไดนามิกด้วยการเปิดและปิดอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลัง เช่น IGBT (insulate-gate bipolar transistor) เพื่อปรับปรุงรูปคลื่นของปริมาณทางไฟฟ้าที่มีอยู่ภายในกริด
ในกรณีของกำลังที่ได้รับจากการใช้พลังงานทดแทน เช่น พลังงานลม พลังงานแสงอาทิตย์ ซึ่งมีลักษณะเปลี่ยนแปลงจนส่งผลให้เกิดการกระเพื่อมของแรงดัน ผู้ดูแลระบบสามารถควบคุมการกระเพื่อมนี้ได้โดยใช้ STATCOM เช่นกัน ดังตัวอย่างการใช้งานในรูปที่ 12
รูปที่ 12 ตัวอย่างการใช้ STATCOM (ก) การเชื่อมต่อ (ข) ลักษณะของแรงดัน
1.2.4 TCSC
TCSC หรือ TSSC (thyristor-controlled and switched series capacitor) เป็นเทคโนโลยีที่มาจาก FACTS ซึ่งใช้อิเล็กทรอนิกส์กำลังในการเพิ่มค่าเก็บประจุเข้ามาในระบบไฟฟ้า เพื่อปรับปรุงการไหลของกำลัง โดยตัวเก็บประจุไฟฟ้าขนาดใหญ่จำนวนหลายชุดต่ออนุกรมกันจะมาพร้อมกับ thyristor ที่ถูกตั้งค่าไว้เพื่อควบคุมการสวิตช์ของชุดตัวเก็บประจุ
ในมาตรฐาน IEEE 824-2004 ได้นิยามชุดอนุกรมของตัวเก็บประจุ หรือ SC (series capacitor) ว่าเป็นหน่วยตัวเก็บประจุแบบ 3 เฟสที่ทำงานร่วมกับอุปกรณ์ประกอบ ได้แก่ อุปกรณ์ป้องกัน รีแอกเตอร์จำกัดกระแสดิสชาร์จ ระบบควบคุม สวิตช์บายพาส และโครงสร้างรองรับที่เป็นฉนวน ซึ่งองค์ประกอบทั้งหมดจะสนับสนุนการเชื่อมต่ออนุกรมรีแอกแตนซ์แบบคาปาซิทีฟเข้ากับวงจรไฟฟ้า สำหรับตัวอย่างวงจรการใช้งานโมดูล TCSC จะแสดงดังรูปที่ 13
รูปที่ 13 ตัวอย่างวงจรการใช้งานโมดูล TCSC
1.2.5 อุปกรณ์แก้ไขค่าตัวประกอบกำลัง
อุปกรณ์แก้ไขค่าตัวประกอบกำลังถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลาย เพื่อลดค่าการสูญเสียกำลังของระบบจ่าย และรักษาเสถียรภาพแรงดันของระบบภายใต้สถานการณ์ทางไฟฟ้าที่เกิดขึ้น เช่น การปรับทิศทางการไหลของกำลังไฟฟ้าเพื่อหลีกเลี่ยงตำแหน่งที่เกิดอุบัติเหตุ ซึ่งในการดำเนินการนี้ส่วนหนึ่งจะต้องอาศัยการทำงานร่วมกันของอุปกรณ์แก้ไขค่าตัวประกอบกำลังของระบบที่ได้รับผลกระทบทั้งหมด
อุปกรณ์แก้ไขค่าตัวประกอบกำลังจะทำงานอยู่บนพื้นฐานของอิเล็กทรอนิกส์ที่มีการสวิตช์กำลังสูง ซึ่งอุปกรณ์นี้จะติดตั้งอยู่กับชุดควบคุม และมีระบบฝังตัวรวมอยู่ภายใน เพื่อให้ข้อมูลแบบ real-time กับศูนย์ควบคุมสำหรับใช้ในการตัดสินใจบริหารจัดการระบบ
1.2.6 อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อัจฉริยะ
อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อัจฉริยะ หรือ IED (intelligent electronic device) หมายถึง อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ทำงานโดยอาศัยไมโครโปรเซสเซอร์ ซึ่งบรรจุอยู่ในระบบอัตโนมัติของสถานีไฟฟ้าย่อย มีจุดอินเตอร์เฟสเพื่อใช้ติดตามและควบคุมอุปกรณ์กับเซนเซอร์ ตัวอย่างของ IED จะแสดงดังรูปที่ 14 ได้แก่ มิเตอร์แบบมัลติฟังก์ชัน รีเลย์ดิจิตอลและชุดควบคุม
รูปที่ 14 (ก) มิเตอร์แบบมัลติฟังก์ชัน (ข) รีเลย์ดิจิตอล (ค) ชุดควบคุม
สำหรับฟังก์ชันที่ใช้ดำเนินการของ IED จะประกอบด้วยการวัด ติดตาม ควบคุม ป้องกัน และการติดต่อสื่อสาร
การสื่อสารภายในสถานีไฟฟ้าย่อยจะใช้การเชื่อมต่อทางกายภาพความเร็วสูง ในขณะที่การสื่อสารภายนอกจะอาศัยการเชื่อมต่อลอจิกคอลผ่านเครือข่ายสื่อสัญญาณทั้งแบบมีสายและไร้สาย เช่น เครือข่ายระบบโทรศัพท์ วงจรเช่า ระบบไมโครเวฟ ดาวเทียม เครือข่าย WAN ซึ่งเครือข่ายส่วนใหญ่จะใช้ตัวกลางหลักเป็นเส้นใยแก้วนำแสง และโปรโตคอลการสื่อสารที่ใช้บนเครือข่ายส่วนใหญ่จะอ้างอิงตามมาตรฐาน DNP3, IEC 60870 และ IEC 61850 MMS
ข้อสังเกต
1) อุปกรณ์ RTU เป็นอุปกรณ์เกตเวย์อิเล็กทรอนิกส์ที่ประมวลผลโดยอาศัยไมโครโปรเซสเซอร์ ซึ่งจะถูกควบคุมการติดต่อสื่อสารด้วย MTU (master terminal unit) ที่ตั้งอยู่ในสถานีกลางหรือศูนย์ดำเนินการเครือข่าย ข้อมูลภาคสนามจะถูกส่งจาก RTU ไปยัง MTU พร้อมกับสถานะของ IED โดยอุปกรณ์ RTU สามารถติดตามและควบคุมข้อมูลได้ทั้งที่เป็นสัญญาณอะนาลอกและสัญญาณดิจิตอล สามารถรองรับมาตรฐานการเชื่อมต่ออนุกรมที่หลากหลายและโปรโตคอลอีเทอร์เนต เช่น Modbus, IEC 60870, IEC61850 MMS และ DNP3 การใช้อุปกรณ์ RTU เพื่อเป็นเกตเวย์ให้กับเครือข่ายจึงมีความเหมาะสม เพราะนอกจากมีทางเลือกของการทำงานที่หลากหลายแล้ว ก็ยังมีความพร้อมใช้งานสูงจากการทำงานที่มีเสถียรภาพของวงจรภายใน
รูปที่ 15 RTU
2) นอกจากอุปกรณ์ RTU และ IED แล้ว อุปกรณ์อัตโนมัติอื่น เช่น PLC (programmable logic controller) และ PAC (programmable automation controller) ก็ถูกนำมาใช้กับฟังก์ชันติดตามและควบคุมขั้นสูงภายในสถานีไฟฟ้าย่อยเช่นกัน โดย PLC จะเป็นตัวควบคุมแบบ real-time ที่สามารถตั้งโปรแกรมการทำงานตามมาตรฐาน IEC 61131 ในขณะที่ PAC ถูกออกแบบมาให้มีลักษณะเป็นคอมแพก ซึ่งรวมความสามารถของระบบควบคุมแบบ PC ไว้อย่างครบถ้วน
1.2.7 อุปกรณ์ตรวจวัดสายส่ง
อุปกรณ์ตรวจวัดสายส่งได้เข้ามามีบทบาทในการรักษาความปลอดภัย ซึ่งรวมถึงกรณีที่สายมีความร้อนสูงผิดปกติ โดยจะอาศัยเทคโนโลยีเซนเซอร์ความตึงเครียด (tension) ซึ่งถูกคิดค้นและนำมาใช้กับสายส่งตั้งแต่ปี 1991 หลังจากนั้นก็มีการผลิตเซนเซอร์ประเภทอื่นออกตามมา เช่น เซนเซอร์ติดตามการหย่อนของสาย เซนเซอร์ที่ใช้อัลตราซาวด์ในการวัดความสูงเหนือพื้นดิน เซนเซอร์ตรวจจับสนามไฟฟ้า โดยในการใช้อุปกรณ์ตรวจวัดสายส่ง ผู้ดูแลจำเป็นต้องทราบประเภทและคุณสมบัติของตัวนำที่ใช้ โดยเฉพาะตัวนำขั้นสูงต่าง ๆ
ตัวนำขั้นสูง จะรวมถึงตัวนำที่ทนอุณหภูมิได้สูง มีการหย่อนของสายต่ำ แม้ว่าอุณหภูมิจะเพิ่มมากถึง 200oC แต่ลักษณะทางไฟฟ้าก็ยังคงเหมือนกับตัวนำปกติ ทำให้เมื่อนำมาใช้กับสายส่งจึงสามารถรองรับการส่งกระแสและกำลังไฟฟ้าปริมาณมากเมื่อเปรียบเทียบกับตัวนำทั่วไป ในปัจจุบันตัวนำประเภทนี้ได้ถูกนำมาใช้กับงานพิเศษบนโครงสร้างของระบบเดิม ตัวนำหลักที่ถูกจำหน่ายในเชิงพาณิชย์จะมีอยู่ 3 ประเภทคือ ACCR (Aluminum conductor composite reinforced) ACCC (Aluminum conductor composite core) และ ACSS (Aluminum conductor steel supported)
ข้อสังเกต
รูปที่ 16 (ก) ACCR (ข) ACCC (ค) ACSS
1.2.8 โครงสร้างพื้นฐานมิเตอร์ขั้นสูง
โครงสร้างพื้นฐานมิเตอร์ขั้นสูง หรือ AMI (advanced metering infrastructure) หมายถึงโครงสร้างและเทคโนโลยีข้อมูลข่าวสาร รายละเอียดของการใช้ไฟฟ้า และสถานะที่รวบรวมได้จากสมาร์ทมิเตอร์ ซึ่งการใช้โครงสร้างพื้นฐานมิเตอร์ขั้นสูง จะให้ข้อมูลดีกว่าการใช้มิเตอร์แบบเดิม เนื่องจากใน AMI จะมาพร้อมกับทางเลือกของการติดต่อสื่อสารผ่านเครือข่ายข้อมูล เพื่อการติดตามระยะไกลหรือการเรียกเก็บเงิน โดยการติดต่อสื่อสารของ AMI จะเป็นแบบสองทางระหว่างผู้ให้บริการกับผู้ใช้ เช่น ในขั้นตอนของการตอบสนองความต้องการ กระบวนการต่อและปลดโหลด การควบคุม volt/VAR การตอบสนองอัตโนมัติของอุปกรณ์ต่อการตั้งค่าใหม่ในกรณีของการฟื้นตัว
อย่างไรก็ตาม จากการที่ศูนย์ควบคุมมีการติดต่อกับมิเตอร์ผู้ใช้ไฟฟ้าเป็นจำนวนมาก ย่อมส่งผลให้ความปลอดภัยทางกายภาพและทางลอจิกคอลของมิเตอร์มีน้อยกว่าแบบเดิม ดังนั้น ผู้ดูแลจึงจำเป็นต้องมีการปกป้องช่องทางการสื่อสารและข้อมูลมิเตอร์บนเครือข่าย AMI จากการคุกคามภายนอก ซึ่งในมาตรฐานได้แนะนำวิธีการเข้ารหัสและการตรวจสอบไว้ โดยรูปแบบการเข้ารหัสจะต้องมีการดำเนินการที่ต้นทางและปลายทางของการติดต่อสื่อสารทั้งสองด้าน
รูปที่ 17 แสดงการรวบรวมข้อมูลทางไกลของ AMI ซึ่งมีองค์ประกอบสำคัญ 4 ส่วน คือ
รูปที่ 17 องค์ประกอบของการรวบรวมข้อมูลทางไกลสำหรับ AMI
รูปที่ 18 แสดงการรวมข้อมูลจากสมาร์ทมิเตอร์เข้าไปยังระบบ DMS (distribution management system) ของศูนย์ควบคุมกระจาย ซึ่งจะทำให้เกิดการใช้งานรูปแบบใหม่บนสมาร์ทกริด อย่างไรก็ตาม มาตรฐานของการรวมกันนี้ยังไม่ออกมาเป็นทางการ เนื่องจากยังมีความหลากหลายของเทคโนโลยี AMI และความต้องการใช้งานสมาร์ทกริดที่แตกต่างกัน ดังนั้นจึงมีการใช้เซิฟเวอร์บริหารข้อมูลมิเตอร์ MDMS มาเป็นตัวแปลงข้อมูล AMI จากแต่ละเทคโนโลยี AMI ก่อนเข้ามายังบัสบริการของระบบ
รูปที่ 18 มุมมองระบบ DMS ที่รวม AMI จากต่างเทคโนโลยี
การรวมข้อมูลจากสมาร์ทมิเตอร์และเซนเซอร์เข้ามาในระบบ DMS นอกจากการทำงานดังกล่าวข้างต้นแล้ว ยังมีเรื่องของการประเมินสถานะการกระจาย (distribution state estimation, D-SE) ซึ่งเป็นกลุ่มข้อมูลที่บอกถึงลักษณะและฟังก์ชันของเงื่อนไขการดำเนินการระบบ เช่น การป้องกัน การควบคุม การทำออปติไมซ์ D-SE จะใช้การวิเคราะห์ทางสถิติและเทคนิคการออปติไมซ์บนแบบจำลอง real-time เพื่อให้ได้การประเมินสถานะที่ดีที่สุดจากผลการวัดที่รวบรวมมาทั้งหมด
1.2.9 มิเตอร์อัจฉริยะ
ในการจูงใจให้ผู้ใช้ปรับเปลี่ยนพฤติกรรมการใช้ไฟฟ้า ถ้าเป็นระบบมิเตอร์แบบเก่า ผู้ใช้อาจต้องรอถึงสิ้นเดือนเพื่อตรวจสอบปริมาณการใช้ไฟฟ้าและค่าใช้จ่ายที่เกิดขึ้น ซึ่งวิธีการนี้จะไม่กระตุ้นและจูงใจให้เกิดการเปลี่ยนแปลงมากนัก ไม่เหมือนกับการทำให้ผู้ใช้ได้ทราบผลของการกระทำบ่อยขึ้น เช่น การแจ้งเป็นรายวัน ซึ่งการดำเนินการนี้จำเป็นต้องอาศัยมิเตอร์อัจฉริยะ (smart meter)
รูปที่ 19 (ก) แสดงตัวอย่างมิเตอร์ EDSM (electronic domestic supply meter) ที่ใช้ในการรวบรวมข้อมูลพฤติกรรมการใช้ไฟฟ้าและค่าใช้จ่าย เมื่อรวมมิเตอร์นี้เข้ากับเกตเวย์ข้อมูลดังรูปที่ 19 (ข) ก็จะทำให้กลายเป็นมิเตอร์อัจฉริยะที่สมบูรณ์ ซึ่งนอกจากจะเก็บข้อมูลที่เกี่ยวข้องกับการใช้ไฟฟ้าแล้ว ยังมีข้อมูลการใช้ทรัพยากรอื่น ๆ ภายในที่อยู่อาศัยอีกด้วยเช่น น้ำ แก๊ส โดยข้อมูลที่เกตเวย์จะสามารถนำเสนอให้กับผู้ใช้ได้หลายรูปแบบ เช่น การแจ้งเตือนผ่านคอมพิวเตอร์ การแจ้งเตือนผ่านโทรศัพท์มือถือ
รูปที่ 19 (ก) มิเตอร์ EDSM (ข) เกตเวย์ข้อมูล
1.3 การใช้งาน
ในการใช้งานจะได้กล่าวถึงหัวข้อที่สำคัญได้แก่ อุปกรณ์ติดตามการรบกวนในระบบไฟฟ้ากำลัง (disturbance monitoring equipment, DME) แผนและระบบป้องกันพิเศษ (special protection system, SPS) ระบบบริหารจัดการ WAMS (wide area management system) การควบคุม volt/VAR การขจัดโหลดที่มีความถี่ต่ำ การขจัดโหลดที่มีแรงดันต่ำ การตอบสนองความต้องการ (demand response) และระบบพิกัดสายไดนามิก (dynamic line rating, DLR)
1.3.1 อุปกรณ์ติดตามการรบกวน
อุปกรณ์ติดตามการรบกวนในระบบไฟฟ้ากำลัง (disturbance monitoring equipment, DME) หมายถึง เครื่องมือที่มีความสามารถติดตามและบันทึกข้อมูลระบบที่เกี่ยวข้องกับการรบกวน รวมถึงรูปแบบการตั้งค่า ได้แก่
อุปกรณ์ติดตามการรบกวนในระบบไฟฟ้า ควรมีเวลาซิงโครไนซ์ที่ถูกต้องและมีเสถียรภาพ เพื่อให้สามารถตอบสนองและแจ้งเตือนได้อย่างแม่นยำ โดยการเข้าถึงเครือข่ายที่ไม่ได้รับอนุญาตจะถูกควบคุมและป้องกัน เช่นเดียวกับการติดตามและการวัดข้อมูลฟอลท์ รูปที่ 20 แสดงตัวอย่างผลการบันทึกปริมาณทางไฟฟ้าได้แก่ แรงดัน กระแส กำลังไฟฟ้า ความถี่ และผลการซิงโครไนซ์ทางเวลา จากการรบกวนที่เกิดขึ้นกับระบบในช่วงเวลา 2 ชม
รูปที่ 20 ตัวอย่างผลการบันทึกปริมาณทางไฟฟ้าจากการรบกวนในระบบไฟฟ้ากำลัง
1.3.2 แผนและระบบป้องกันพิเศษ
แผนและระบบป้องกันพิเศษ (special protection system, SPS) หรือแผนปฏิบัติการแก้ไข หมายถึงระบบป้องกันอัตโนมัติ ที่ถูกออกแบบมาเพื่อตรวจจับเงื่อนไขที่ผิดปกติ ซึ่งจะเน้นการแก้ไขมากกว่าการตัดหรือแยกส่วนที่มีเหตุเสียออก ทำให้การบริการของระบบโดยรวมมีความน่าเชื่อถือ
การดำเนินการของ SPS จะรวมถึงการเปลี่ยนแปลงความต้องการ การเปลี่ยนแปลงกำลังการผลิต (MW และ MVAR) และการตั้งค่าเพื่อรักษาเสถียรภาพ/ระดับแรงดัน/การไหลของกำลังไฟฟ้า แม้ว่าใน SPS ไม่ได้ระบุวัตถุประสงค์ไว้ตายตัว แต่ด้วยการพัฒนาของเทคโนโลยีไมโครโปรเซสเซอร์ จึงทำให้สมาร์ทกริดมีทางเลือกอย่างหลากหลายที่จะนำแนวคิดของ SPS มาใช้กับการติดตามและการดำเนินการของระบบไฟฟ้า โดยกระบวนการออกแบบ SPS สามารถแบ่งได้เป็น 5 ขั้นตอน คือ
1) การศึกษาระบบ
2) การพัฒนาแนวทางดำเนินงาน
3) การออกแบบและติดตั้ง
4) ช่วงเวลาการตรวจรับและทำการทดสอบ
5) การฝึกอบรมเพื่อให้ผู้ปฏิบัติงานสามารถควบคุมสั่งการได้ตามเป้าหมายที่ตั้งไว้
ข้อสังเกต: ในแผนและระบบป้องกันพิเศษจำเป็นต้องอาศัยระบบรีเลย์ขั้นสูง เพื่อให้มีมุมมองการติดตามและการป้องกันที่กว้างขึ้น โดยระบบรีเลย์ขั้นสูงจะอาศัยเทคโนโลยีไมโครโปรเซสเซอร์ ซึ่งให้ประโยชน์มากกว่าการป้องกันแบบเดิมที่เป็น electro-mechanical การสื่อสารแบบอนุกรมและอีเทอร์เนตที่รวมอยู่ในการทำงานของรีเลย์ขั้นสูงได้นำมาสู่การทำงานสนับสนุนที่สำคัญ ได้แก่ การวัดเฟสเซอร์ การตรวจหาตำแหน่งของฟอลท์ การหาขีดจำกัดโหลดรวมถึงเงื่อนไขอื่นที่จำเป็นต่อการแก้ไข ข้อมูลเหล่านี้จะช่วยเตือนให้ผู้ดูแลได้ตระหนักถึงปัญหาของภาระโหลดหรือการแกว่งของปริมาณทางไฟฟ้าที่เกิดขึ้นกับระบบ
ระบบรีเลย์ขั้นสูงจะช่วยให้การควบคุมและการตั้งค่าสามารถได้ทำอย่างไดนามิก โดยมีพารามิเตอร์หลักที่ใช้ในการติดตาม ดังนี้
1.3.3 ระบบบริหารจัดการ WAMS
ระบบบริหารจัดการ WAMS (wide area management system) หรือ WATSS (wide area time domain GPS synchronized sampling) เป็นการแสดงเงื่อนไขการเชื่อมต่อของระบบไฟฟ้ากำลังแบบ real-time ตามการตั้งค่าที่เป็นการทำงานร่วมกัน โดยระบบ WAMS จะช่วยให้ผู้ดูแลได้รับทราบข้อมูลสถานะของระบบไฟฟ้า ทำให้เห็นภาพรวมการทำงานของกริด สามารถนำมาใช้ให้เกิดประโยชน์กับการจัดการ โดยเฉพาะการสวิตช์พิกัดความจุสายจากสแตติกไปเป็นไดนามิก
เทคโนโลยีของ WAMS จะช่วยให้การควบคุมฟังก์ชันการทำงานบนโครงสร้างพื้นฐานของระบบไฟฟ้าเป็นไปอย่างแม่นยำและรวดเร็ว สำหรับฟังก์ชันการใช้งานที่เป็นไปได้จะมีดังนี้
1.3.4 การควบคุม volt/VAR
การควบคุม volt/VAR แบบรวมด้วย IVVC (integrated Volt/VAR control) หรือแบบรวมศูนย์ด้วย CVVC (centralized volt/VAR control) จะเป็นวิธีเพิ่มประสิทธิภาพด้วยการออปติไมซ์เพื่อให้ได้ตัวประกอบกำลังมีค่าใกล้เคียง 1 และให้ได้ลักษณะของแรงดันตามที่กำหนด โดย IVVC จะช่วยบริหารจัดการแรงดันและ VAR ของกริด มีการวิเคราะห์แรงดันจากชุดรักษาระดับแรงดัน และมีการใช้อุปกรณ์อื่นมาสนับสนุนการทำงานเช่น หม้อแปลงที่เปลี่ยนแปลงแทปโหลด อุปกรณ์แก้ไขค่าตัวประกอบกำลัง เซนเซอร์แรงดัน มิเตอร์ฝั่งผู้ใช้ไฟฟ้า และจุดติดตามเพิ่มเติม โดย IVVC สามารถถูกนำมารวมเข้ากับระบบ SCADA, DMS หรือ OMS เพื่อควบคุมการดำเนินการและติดตามเงื่อนไขของกริดได้แบบ real-time
1.3.5 การขจัดโหลดที่มีความถี่ต่ำ
การดำเนินการในสถานะคงตัวจำเป็นต้องมีความสมดุลระหว่างแหล่งกำเนิดกับโหลด ในกรณีที่มีการเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วของแหล่งกำเนิดจากเงื่อนไขที่ผิดปกติ เช่น การขาดหายไปของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเนื่องจากเกิดเหตุเสีย ย่อมส่งผลให้สถานะคงตัวในขณะนั้นถูกรบกวน ความถี่ของระบบก็จะเริ่มเกิดการเบี่ยงเบนออกจากค่าปกติ ระบบที่ดำเนินการบนความถี่ที่ต่ำจากค่าปกติ ย่อมส่งผลให้การทำงานขององค์ประกอบต่าง ๆ อาจเกิดความบกพร่องขึ้นได้ โดยเฉพาะส่วนที่เป็นกังหัน ซึ่งถ้าความแตกต่างมีมากก็อาจทำให้เกิดการหลุดออกของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ดังนั้น เพื่อเป็นการป้องกันปัญหาที่อาจเกิดขึ้น ผู้ดูแลระบบจึงควรดำเนินการขจัดโหลดที่มีความถี่ต่ำ (under-frequency load shedding, UFLS) ออก
1.3.6 การขจัดโหลดที่มีแรงดันต่ำ
การขจัดโหลดที่มีแรงดันต่ำ (under-voltage load shedding, UVLS) จะคล้ายกับการขจัดโหลดที่มีความถี่ต่ำ โดยรูปแบบของ UVLS จะนำมาใช้กับระบบไฟฟ้ากำลัง เพื่อป้องกันระบบจากการลดลงของแรงดัน หรือ การดำเนินการในสภาวะแรงดันต่ำที่ถูกทำให้ยืดเยื้อยาวนาน รูปแบบของ UVLS ควรถูกออกแบบบนเงื่อนไขที่นำไปสู่การลดลงของแรงดัน ซึ่งจะต้องแตกต่างจากเงื่อนไขของฟอลท์ หรือการลดลงที่เกิดจากแรงดันทรานเซียนต์
1.3.7 การตอบสนองความต้องการ
กุญแจสำคัญอย่างหนึ่งของสมาร์ทกริดก็คือ การมีส่วนร่วมของผู้ใช้ไฟฟ้า โดยระบบจะต้องคำนึงถึงการตอบสนองความต้องการ ซึ่งเป็นการเปลี่ยนแปลงในระยะสั้นของความต้องการใช้ไฟฟ้าของผู้ใช้ปลายทาง ที่ตอบสนองกับการเปลี่ยนแปลงหรือแรงจูงใจ เช่น การให้ส่วนลดด้านราคากับการใช้ไฟฟ้าในบางช่วงเวลา
ในการดำเนินการดังกล่าว ผู้ดูแลระบบสามารถทำได้โดยใช้โปรแกรมบริหารการตอบสนองความต้องการ (demand response) ซึ่งถูกพัฒนาขึ้นเพื่อให้ผู้ใช้เข้ามาเป็นส่วนหนึ่งของกลยุทธ์การบริหารจัดการโหลดภายในกริด โดยมีวัตถุประสงค์ในการปรับเปลี่ยนโหลด เพื่อช่วยให้กริดเกิดความสมดุล เมื่อความจุของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ามีไม่เพียงพอสำหรับให้บริการ หรือเพื่อลดความเครียดที่เกิดขึ้นกับบางองค์ประกอบภายในกริด ซึ่งผู้ใช้ที่เข้าร่วมจะได้รับส่วนลดค่าใช้พลังงานเพื่อเป็นการโน้มน้าวให้เกิดการเปลี่ยนแปลงพฤติกรมการใช้ไฟฟ้า
การตอบสนองความต้องการจะเริ่มจากมุมมองการใช้งาน ซึ่งข้อมูลบนการคาดการณ์จะถูกนำมาใช้ประเมินมาร์จินความจุสำหรับช่วงเวลาการใช้พลังงานในอนาคต โดยการลดลงของมาร์จินความจุหรือมาร์จินที่มีค่าเป็นลบ จะเป็นตำแหน่งเริ่มต้นของการพิจารณาการตอบสนองความต้องการ ซึ่งผู้ดูแลควรมีโปรแกรมที่หลากหลายเพื่อให้สามารถเลือกใช้ได้ตามความจำเป็นที่ผันแปรไป
รูปที่ 21 การประเมินมาร์จินความจุ
รูปที่ 22 แสดงโครงสร้างพื้นฐานของการตอบสนองความต้องการ (DR) ที่รวมโมดูลที่ใช้ในการตัดสินใจ ในโมดูลนี้อาจมีการติดต่อสื่อสารโดยตรงกับผู้ใช้ปลายทาง หรือตัวแทนที่ให้บริการซึ่งมีหน้าที่จัดกลุ่มของผู้ใช้ปลายทาง (โดยจะพิจารณาความต้องการส่วนนี้เป็นเพียง 1 ความต้องการ) โมดูล DR จะติดต่อผ่านระบบ CIS (customer information system) เพื่อเก็บข้อมูลของผู้ใช้ นอกจากนี้โมดูล DR ยังมีความสามารถรองรับการรวบรวมข้อมูลจากมิเตอร์ MDMS ผ่านทางระบบ SCADA ได้อีกด้วย
รูปที่ 22 โครงสร้างพื้นฐานของการตอบสนองความต้องการ
1.3.8 ระบบพิกัดสายไดนามิก
ในการออกแบบสายส่งบนเงื่อนไขของสภาพอากาศที่ตายตัว ทำให้สายส่งมีพิกัดพลังงานที่ใช้เป็นแบบสแตติก และอาจส่งผลให้การใช้สายมีความเสี่ยงจากสภาพแวดล้อมที่มีการเปลี่ยนแปลงจนเกิดความร้อนสูง หรือเกิดการหย่อนของสายที่มากเกินไป ระบบพิกัดสายไดนามิก (dynamic line rating, DLR) จึงถูกพัฒนาขึ้นมาเพื่อช่วยให้ผู้ดูแลระบบสามารถทราบปริมาณของพลังงานที่ส่งผ่านไปบนสายส่งที่มีอยู่แบบ real-time บนเงื่อนไขของสภาพอากาศจริง
ผู้ดูแลสามารถใช้ระบบ DLR ประกอบการพิจารณาเพิ่มปริมาณพลังงานไฟฟ้าไม่ให้เกินระดับความปลอดภัยของพิกัดพลังงานได้อย่างไดนามิก ผู้ดูแลสามารถประยุกต์ใช้ระบบ DLR ให้มีประสิทธิภาพมากขึ้นด้วยการรวมเข้ากับระบบ EMS และ SCADA ที่มีอยู่ เพื่อให้การใช้งานฟังก์ชันต่าง ๆ มีการดำเนินการได้อย่างอัตโนมัติ พร้อมกับการแสดงปริมาณพิกัดพลังงานในรูปแบบที่เข้าใจง่ายให้กับวิศวกรหรือผู้ปฏิบัติงานที่เกี่ยวข้อง
รูปที่ 23 แสดงการออกแบบระบบด้วย DLR ซึ่งทำให้ได้พิกัดความจุเพิ่มเติม B ที่มากกว่าการออกแบบสแตติกตรงระดับ A เมื่อพิจารณาจากสภาพอากาศ จะพบว่าการออกแบบด้วย DLR ในช่วง C ที่สภาพอากาศเย็น ลมแรง มีเมฆมากนั้น จะได้พิกัดความจุที่สูงเมื่อเปรียบเทียบกับในช่วง D ที่อากาศร้อนและไม่มีลม
รูปที่ 23 ความจุที่เพิ่มขึ้นจากการออกแบบระบบด้วย DLR
จากโครงสร้างพื้นฐานสมาร์ทกริดที่ประกอบด้วย ระบบสารสนเทศและระบบขั้นสูง ซึ่งถูกนำมาใช้ทำงานร่วมกันดังกล่าวข้างต้น จะสามารถสรุปเป็นรายละเอียดลักษะของเทคโนโลยีหลักและเทคโนโลยีเสริมที่ใช้กับระบบไฟฟ้าและระบบจ่ายได้ดังตารางที่ 3
ตารางที่ 3 เทคโนโลยีสมาร์ทกริดที่ใช้ในระบบไฟฟ้าและระบบจ่าย
1.4 การสื่อสาร
ในการออกแบบโครงสร้างพื้นฐานเพื่อให้เกิดการติดต่อระหว่างองค์ประกอบในสมาร์ทกริด ได้แก่ ส่วนการผลิต การส่งจ่ายพลังงาน ผู้ใช้ไฟฟ้าและเครือข่ายอื่น เช่น เครือข่ายที่เกี่ยวกับบริษัท เครือข่ายที่ใช้ในการจำหน่ายพลังงาน การไหลของข้อมูลระหว่างเทคโนโลยีต่าง ๆ อย่างทั่วถึงถือว่าเป็นเงื่อนไขสำคัญ
ซึ่งคุณสมบัติของเครือข่ายการสื่อสารที่ใช้จะต้องรองรับ ดังนี้
ในส่วนนี้จะได้อธิบายเพิ่มเติมเกี่ยวกับ ฟังก์ชันสมาร์ทกริดตามข้อกำหนดการสื่อสาร เทคโนโลยีการสื่อสารสำหรับสมาร์ทกริด เครือข่ายภายในพื้นที่อยู่อาศัย และบทบาทของเครือข่ายไร้สาย
1.4.1 ฟังก์ชันสมาร์ทกริดตามข้อกำหนดการสื่อสาร
พื้นที่การทำงานของสมาร์ทกริดส่วนใหญ่จะอยู่ในส่วนของระบบจ่ายที่แรงดันระดับต่ำ (low voltage, LV) ถึงระดับปานกลาง (medium voltage, MV) รูปที่ 24 แสดงมุมมองของการติดต่อสื่อสาร ซึ่งฟังก์ชันสมาร์ทกริดจะสามารถแบ่งออกได้เป็น 3 ชั้น ตามข้อกำหนดการสื่อสาร ได้แก่
รูปที่ 24 ข้อกำหนดการสื่อสารของสมาร์ทกริด
1) เครือข่ายอัตโนมัติกระจาย (distribution automation network, DA) ส่วนนี้จะเน้นควบคุมการดำเนินการกริด ได้แก่ การติดตามกระแสและแรงดันในกริดจำหน่าย พร้อมกับการส่งคำสั่งไปยังองค์ประกอบที่อยู่ไกลออกไป เช่น สวิตช์ หม้อแปลง เมื่อมีฟอลท์เกิดขึ้นกับระบบจ่ายที่แรงดันระดับปานกลางตรงส่วนใด สวิตช์ป้องกันก็จะทำหน้าที่แยกส่วนนั้นออก เส้นทางการไหลของกำลังไฟฟ้าจะถูกปรับเปลี่ยนไปอย่างรวดเร็ว เพื่อให้เกิดความต่อเนื่องของการให้บริการกับพื้นที่โดยรวมมากที่สุด การตั้งค่าระยะไกลที่จัดการโดยผู้ดูแลระบบกระจาย หรือคอมพิวเตอร์ที่สถานีไฟฟ้าย่อย จึงเป็นฟังก์ชันหลักของเครือข่ายอัตโนมัติกระจาย
องค์ประกอบที่อยู่ไกลออกไป โดยทั่วไปจะอยู่ห่างไปหลายสิบถึงหลายร้อยกิโลเมตร ทำให้ค่าเวลา latency ของการติดต่อสื่อสารจะอยู่ในช่วงหลักร้อย millisecond จนถึงหลายวินาที ดังนั้นผู้ดูแลระบบจึงควรคำนึงถึงฟังก์ชันที่ดำเนินการบนระยะทางของเส้นทางป้องกัน ซึ่งต้องการการติดต่อสื่อสารที่รวดเร็ว ค่าเวลา latency ที่เกิดขึ้นจึงต้องน้อยกว่าค่าที่ระบุไว้ในเงื่อนไขของระบบ
2) การควบคุมความต้องการแอกทีฟ (active demand control, AD) ฟังก์ชัน AD จะดำเนินการควบคุมแบบแอกทีฟและจัดตารางการทำงานให้กับแหล่งกำเนิดกระจาย และส่วนกักเก็บพลังงานให้สอดคล้องกับสัญญาณทางด้านปริมาณและราคา เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพกริดและหลีกเลี่ยงภาวะโหลดเกินผ่านการทำออปติไมซ์ การจัดตารางการทำงาน และการขจัดโหลด โดยฟังก์ชันนี้จะมีความไวต่อค่าเวลา latency ไม่มากเหมือนกับเครือข่ายอัตโนมัติกระจาย ซึ่งค่าเวลา latency ของการควบคุมความต้องการแอกทีฟจะอยู่ในระดับหลายนาที
3) การอ่านมิเตอร์ขั้นสูง (advanced meter reading, AMR) เป็นการอ่านค่าการไหลของกำลังที่กำหนด พร้อมกับมีการคำนวณข้อมูลการเรียกเก็บเงิน ซึ่งจะนำข้อมูลทางเวลาและราคาตามสัญญามาพิจารณา โครงสร้างพื้นฐานของ AMR หรือ AMI (AMR infrastructure) จะมีการเชื่อมต่อไปยังมิเตอร์ของผู้ใช้งานจำนวนมาก (ซึ่งบางพื้นที่อาจยากต่อการเข้าถึง ก็จะต้องออกแบบระบบสื่อสารในลักษณะของการผสมตัวกลางหรือการเช่าใช้วงจร) เพื่อนำข้อมูลพลังงานสะสม หรือโหลดโปรไฟล์ที่เกิดขึ้นจริงส่งกลับมาเป็นช่วงเวลา เช่น รายวันหรือรายเดือนสำหรับนำมาคำนวณค่าใช้จ่าย
1.4.2 เทคโนโลยีการสื่อสารสำหรับสมาร์ทกริด
ในปัจจุบันเทคโนโลยีการสื่อสารที่รองรับพื้นที่กว้างมีให้ใช้อย่างหลากหลาย ซึ่งส่วนใหญ่จะมีลักษณะที่เป็นเครือข่ายแบบไร้สาย โดยบางกรณีจะเป็นการผสมกับเครือข่ายแบบใช้สาย เพื่อให้การรับส่งข้อมูลสามารถทำได้จากต้นทางไปถึงปลายทางอย่างต่อเนื่อง ลักษณะที่สำคัญของเทคโนโลยีการสื่อสารสำหรับสมาร์ทกริดจะมีดังนี้
1) แบนด์วิดธ์สูง
2) เป็นการสื่อสารดิจิตอลที่รองรับโปรโตคอล IP
3) รองรับการเข้ารหัส มีการยืนยันตัวตนก่อนเข้าถึงเครือข่าย
4) มีความปลอดภัยในการติดต่อสื่อสาร
5) รองรับ QoS และ VoIP (Voice over Internet Protocol)
6) รองรับการทำงานร่วมกันระหว่างต่างเทคโนโลยี ได้แก่
ภายในสถาปัตยกรรมของสมาร์ทกริดที่มีลักษณะเปิดแบบ plug and play ทั้งในส่วนของเซนเซอร์ อุปกรณ์ควบคุม เซิร์ฟเวอร์ของศูนย์สั่งการ และระบบป้องกัน จะช่วยให้การพัฒนาของโครงข่ายไฟฟ้าทำได้ง่ายขึ้น เทคโนโลยีการวัด ติดตาม และควบคุมแบบ real-time ที่นำมาใช้กับโครงข่ายไฟฟ้าจะมีบทบาทสำคัญต่อการพัฒนาไปสู่การเป็นสมาร์ทกริด ซึ่งผู้ดูแลระบบจำเป็นต้องคำนึงถึงมาตรฐานความปลอดภัยและการทำงานร่วมกันของแต่ละองค์ประกอบ โดยเฉพาะส่วนที่เกี่ยวข้องกับข้อมูลหรือการดำเนินการที่สำคัญ
เทคโนโลยีการสื่อสารแบบใช้สายและแบบไร้สายที่สามารถนำมาประยุกต์ใช้กับสมาร์ทกริดจะประกอบด้วย
1) MPLS (Multiprotocol label switching): เป็นเครือข่ายสื่อสารคุณภาพสูงสำหรับการรับส่งทราฟฟิกข้อมูลระหว่างโหนดเครือข่าย
2) LAN/WAN เป็นวิธีการติดต่อสื่อสารที่ถูกนำมาใช้กับการรับส่งข้อมูลภายในเครือข่ายของแหล่งผลิต สถานีย่อย และสวิตช์ โดยอาศัยความน่าเชื่อถือของโปรโตคอล TCP/IP นอกจากนี้ การใช้ LAN/WAN บนเส้นในแก้วนำแสง เพื่อเชื่อมต่ออิลิเมนต์ต่างๆ ยังช่วยเพิ่มความเร็วให้กับเครือข่าย ขจัดปัญหาการเข้ามาแทปสัญญาณ และมีความเหมาะสมกับการนำมาใช้ในสถานีไฟฟ้าเป็นอย่างมาก เนื่องจากมีความทนทานต่อสัญญาณรบกวนความถี่วิทยุและคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ลดปัญหาสัญญาณรบกวนที่เกิดจากลูปของกราวด์
3) เครือข่ายระบบโทรศัพท์เคลื่อนที่ นอกจากนำมาใช้กับการเชื่อมโยงปกติแล้ว ยังสามารถนำมาใช้กับสถานการณ์ฉุกเฉินได้อีกด้วย ทั้งที่เป็นการดำเนินการกับทรัพยากร และการควบคุมสั่งการ อย่างไรก็ตาม การสื่อสารบนเครือข่ายระบบโทรศัพท์เคลื่อนที่อาจมีเวลาล่าช้าในการสื่อสารข้อมูลอยู่บ้าง ผู้ดูแลเครือข่ายจึงจำเป็นต้องตรวจสอบคุณสมบัติของการรับส่งกับข้อกำหนดของการติดต่อสื่อสารก่อนนำมาใช้งานจริง
4) WiMAX (Worldwide interoperability for microwave access) เป็นเทคโนโลยีการสื่อสารแบบไร้สายสำหรับสื่อสัญญาณข้อมูลจากจุดไปยังหลายจุด ซึ่งผู้ดูแลระบบสามารถนำมาใช้เป็นโครงข่ายพื้นฐาน เพื่อสร้างเป็นเครือข่ายไร้สาย LAN/WAN สำหรับการบริหารจัดการสัญญาณการควบคุมได้
5) Wi-Fi เป็นการแลกเปลี่ยนข้อมูลหรือการเชื่อมต่ออินเทอร์เน็ตแบบไร้สายโดยใช้คลื่นวิทยุ
สำหรับรายละเอียดของเทคโนโลยีการติดต่อสื่อสารและการประยุกต์ใช้งานกับสมาร์ทกริดจะสรุปอยู่ในตารางที่ 4
ตารางที่ 4 เทคโนโลยีการติดต่อสื่อสารและการใช้งานกับสมาร์ทกริด
นอกจากเทคโนโลยีการติดต่อสื่อสารที่มีให้ใช้ดังกล่าวแล้ว ก็ยังมีตัวกลางการติดต่อสื่อสารเฉพาะสำหรับระบบไฟฟ้าก็คือการใช้เครือข่ายสายจ่ายกำลังเพื่อการติดต่อสื่อสาร หรือ PLC (power line communication) ดังตารางที่ 5
ตารางที่ 5 การติดต่อสื่อสารผ่านเครือข่ายสายจ่ายกำลังไฟฟ้า
ข้อสังเกต
1) ส่วนของคำสั่งที่ใช้รีเลย์ป้องกันสามารถส่งผ่านสายไฟด้วย BPL ได้ เพื่อเป็นทางเลือกจากการสื่อสารบนโครงข่ายอื่น การที่ BPL ถูกนำมาใช้กับคำสั่งของรีเลย์ป้องกัน เนื่องมาจากเป็นตัวกลางที่มีเสถียรภาพสูง เพราะอยู่ในระบบส่งตั้งแต่แรงดันปานกลางจนถึงแรงดันสูง
2) การนำ PLC ไปประยุกต์ใช้กับการให้บริการบรอดแบนด์บนสายไฟฟ้า (broadband over power line, BPL) ในลักษณะของเทคโนโลยีอินเทอร์เนตที่ให้ความเร็วระดับ Mbps จะยังคงมีข้อจำกัดในด้านของระยะทางและคุณสมบัติตัวนำ ส่งผลให้ผู้ออกแบบไม่อาจนำเทคโนโลยีนี้มาใช้กับการใช้งานของสมาร์ทกริดได้อย่างครอบคลุมทุกการเชื่อมโยง
รูปที่ 25 แสดงการจับคู่ของเทคโนโลยีการติดต่อสื่อสารกับการใช้งานบนสมาร์ทกริด โดยพิจารณาจากข้อกำหนดของแบนด์วิดธ์และตัวกลาง ในกรณีที่ต้องการแบนด์วิดธ์ไม่สูงมาก การใช้โมเด็มวิทยุก็จะเป็นทางเลือกที่น่าสนใจ เนื่องจากมีค่าใช้จ่ายต่ำ หรือในกรณีที่ใช้เครือระบบโทรศัพท์เคลื่อนที่ก็จะช่วยให้การทำงานง่ายขึ้นและประหยัดค่าใช้จ่ายในการติดตั้ง
รูปที่ 25 ทางเลือกของการสื่อสารสำหรับระบบจ่าย
สำหรับเงื่อนไขในการเลือกระบบการติดต่อสื่อสารสำหรับสมาร์ทกริดที่ควรพิจารณาจะมีดังนี้
1) ความพร้อมของตัวกลางการติดต่อสื่อสาร เช่น มีสายทองแดง หรือเส้นใยแก้วนำแสงว่างเพียงพอให้ใช้หรือไม่
2) ความพร้อมของสิ่งอำนวยความสะดวกที่ตัวกลางต้องใช้ เช่น ท่อร้อยสาย หรือเสาส่งในกรณีของระบบไมโครเวฟ
3) คุณสมบัติของระบบสื่อสารสำหรับโหนดหรือการเชื่อมโยงที่กำหนด เช่น แบนด์วิดธ์ ค่าเวลา latency
4) ความพร้อมและความน่าเชื่อถือของระบบสื่อสารที่สอดคล้องกับความสำคัญของรูปแบบสัญญาณ
5) ค่าใช้จ่ายในการลงทุนทั้งค่าใช้จ่าย CAPEX และ OPEX
6) การยอมรับและความเหมาะสมของการใช้เทคโนโลยีในอนาคต
การออกแบบเครือข่ายการติดต่อสื่อสารจะอ้างอิงตามมาตรฐานระหว่างประเทศ ซึ่งมี 2 มาตรฐานสำคัญที่ถูกเลือกมาใช้กับสมาร์ทกริด โดยแต่ละส่วนจะประกอบด้วยเนื้อหาของตัวมาตรฐานเองกับมาตรฐานที่เกี่ยวข้อง มาตรฐานแรกคือ IEC 61850 เป็นมาตรฐานที่เริ่มต้นพัฒนาสำหรับสถานีไฟฟ้า แต่ในปัจจุบันได้มีการพัฒนาให้ครอบคลุมการให้บริการที่กว้างขึ้นเช่น แหล่งทรัพยากรพลังงานกระจาย หรือ DER (distributed energy resources) แบบจำลองข้อมูลในมาตรฐาน IEC 61850 จะอยู่บนหลักการของโหนดลอจิกคอล ซึ่งโครงสร้างข้อมูลจะถูกจัดให้ทำงานประสานกับแบบจำลองข้อมูลที่เรียกว่า CIM (common information model) ในมาตรฐาน IEC 61970 ที่ถูกพัฒนาขึ้นมาสำหรับใช้กับศูนย์ควบคุม ซึ่งเมื่อพิจารณาประกอบกับมาตรฐานอื่น ก็จะทำให้ได้ชุดมาตรฐานซึ่งครอบคลุมกิจกรรมต่าง ๆ ที่เกิดขึ้นกับระบบไฟฟ้าอย่างครบถ้วน ทั้งภาพรวมของกระบวนการภายในระบบไฟฟ้าและองค์ประกอบที่เกี่ยวข้องต่าง ๆ
1.4.3 เครือข่ายภายในพื้นที่อยู่อาศัย
เครือข่ายภายในพื้นที่อยู่อาศัยหรือ HAN (home area network) จะประกอบด้วยการเชื่อมโยงไปยังระบบย่อย และอุปกรณ์เครื่องใช้ไฟฟ้าต่าง ๆ ภายในบ้าน เช่น เครื่องปรับอากาศ วิดีโอเกมส์ ระบบรักษาความปลอดภัย เพื่อสนับสนุนการบริหารอุปกรณ์และค่าใช้จ่ายของผู้ใช้ไฟฟ้าให้มีประสิทธิภาพมากขึ้น เครือข่าย HAN จะเชื่อมต่อโดยตรงหรือเชื่อมโยงผ่านตัวกลางเช่น เครือข่ายไร้สาย เข้ากับกริดผ่านทางสมาร์ทมิเตอร์ โดยในการเชื่อมต่อจะต้องมีการป้องกันการรับส่งข้อมูลเพื่อให้ได้ข้อมูลอย่างครบถ้วนและเป็นแบบ real-time
จากการที่เครือข่าย HAN มีแนวโน้มเติบโตเพิ่มขึ้น ทำให้โอกาสที่ระบบรวมถึงอุปกรณ์ของเครือข่ายจะถูกโจมตีก็มีมากตามไปด้วย เนื่องจากอุปกรณ์ HAN ส่วนใหญ่อยู่นอกเหนือจากการควบคุมของผู้ดูแลระบบ ในกรณีของการโจมตีอุปกรณ์ที่ต่อร่วมกันตรงหม้อแปลงภายในพื้นที่เดียวกัน ย่อมส่งผลกระทบในวงจำกัด เมื่อเปรียบเทียบกับการโจมตีพร้อมกันหลายพื้นที่ด้วยไวรัสหรือมัลแวร์ ดังนั้น จึงเป็นสิ่งจำเป็นที่จะต้องนำจุดอินเตอร์เฟสเพื่อการสื่อสารของ บ้านพักอาศัย อาคารสำนักงาน โรงงานอุตสาหกรรม ที่ต่อเข้ากับกริดมาผ่านการควบคุมและตรวจสอบยืนยันสิทธิ์ก่อนเข้าถึงอุปกรณ์ของระบบไฟฟ้า
รูปที่ 26 แสดงตัวอย่างเครือข่าย HAN ที่มีการติดต่อสื่อสารด้วย AMI ซึ่งมีลักษณะเป็นการสื่อสารสองทางแบบ real-time จากสมาร์ทมิเตอร์กับอุปกรณ์ภายในบ้าน เช่น เทอร์โมสแตทอัจฉริยะ จอแสดงผล สวิตช์ที่ใช้ในการควบคุมโหลด
รูปที่ 26 แสดงตัวอย่างเครือข่าย HAN
1.4.4 บทบาทของเครือข่ายไร้สาย
1) การติดตามแบบ online สำหรับระบบสายส่ง
ในการดำเนินการระบบสายส่งจะมีการทำงานเกี่ยวกับเงื่อนไขของเสถียรภาพหลายส่วน ได้แก่ การติดตามอัตโนมัติ การควบคุมและการป้องกันอุปกรณ์ โดยระบบจะมีการส่งสัญญาณแจ้งเตือนทันทีเมื่อเกิดอุบัติเหตุ เช่น จากลม ฝน ฟ้าผ่า หรือปรากฏการณ์ธรรมชาติต่างๆ ส่งผลให้ผู้ดูแลสามารถแยกส่วนที่เกิดบกพร่องออกได้อย่างรวดเร็ว ทำให้บริการได้รับผลกระทบในบริเวณที่จำกัด
ผู้ออกแบบส่วนใหญ่จะเลือกใช้เครือข่ายสื่อสารไร้สายมารับส่งข้อมูลให้กับอิลิเมนต์ต่าง ๆ ภายในสมาร์ทกริด เนื่องจากถ้าเป็นการสื่อสารผ่านสาย จะไม่สะดวกด้วยเงื่อนไขหลายประการเช่น อุปสรรคจากการพาดสายสัญญาณ ความสามารถในการครอบคลุมพื้นที่ให้บริการมีจำกัด การระบุตำแหน่งของเหตุการณ์ทำได้ช้ากว่าเครือข่ายสื่อสารไร้สาย ทำให้เวลาฟื้นตัวของระบบยาวนาน ส่งผลกระทบกับความน่าเชื่อถือของโครงข่าย
การติดตามระบบสายส่ง online แบบ real-time นอกจากช่วยป้องกันและลดเหตุเสียที่อาจเกิดขึ้นกับระบบไฟฟ้าแล้ว ยังให้ข้อมูลที่เป็นประโยชน์ต่อการนำมาปรับปรุงประสิทธิภาพและความจุของสายอย่างไดนามิก สำหรับสถาปัตยกรรมทั่วไปของระบบติดตามสายส่งแบบ online บนเครือข่ายสื่อสารไร้สายจะแสดงดังรูปที่ 27
รูปที่ 27 ตัวอย่างสถาปัตยกรรมของระบบติดตามสายส่งแบบ online
2) ระบบการแจ้งเตือนและติดตามอัจฉริยะสำหรับสถานีไฟฟ้าย่อย
จากการที่เทคโนโลยีอัตโนมัติของสถานีไฟฟ้าย่อยได้ถูกพัฒนาขึ้นมาตามที่มาตรฐานกำหนด ทำให้สถานีไฟฟ้าย่อยส่วนใหญ่ที่สร้างขึ้นมาใหม่ได้รับการติดตั้งระบบดังกล่าวอย่างครบถ้วน ซึ่งจะมีรูปแบบข้อมูลของระบบและอุปกรณ์ไฟฟ้าอัจฉริยะต่าง ๆ เป็นแบบดิจิตอล เมื่อนำข้อมูลเหล่านี้รวมเข้ากับสมาร์ทกริด จะเกิดการแลกเปลี่ยนข้อมูลข่าวสารเพื่อการทำงานร่วมกัน นอกเหนือจากการส่งไปยังศูนย์ควบคุมเพื่อทำการประมวลผลและตัดสินใจ ส่งผลให้เกิดการปรับปรุงรูปแบบการบริหารจัดการสถานีไฟฟ้าในด้านต่าง ๆ อย่างเป็นระบบเช่น การติดตามอุณหภูมิบนอุปกรณ์ การติดตามกระแสรั่วบนกับดักฟ้าผ่า การติดตามการรั่วไหลของฉนวนเช่นก๊าซ SF6 การติดตามการป้องกันการขโมยข้อมูล
ข้อสังเกต รูปแบบข้อมูลที่ได้จากมิเตอร์อัจฉริยะต่าง ๆ จะสอดคล้องกับข้อกำหนดในมาตรฐานเช่น ข้อกำหนด “Device Language Message Specification” หรือ DLMS และ “Companion Specification for Energy Metering” หรือ COSEM ในมาตรฐาน IEC 62056
รูปที่ 28 สถาปัตยกรรมการติดตามสถานะการทำงานของอุปกรณ์
3) ระบบการแจ้งเตือนและติดตามแบบ online สำหรับเครือข่ายสายจ่าย
เครือข่ายสายจ่ายเป็นส่วนหนึ่งของระบบไฟฟ้ากำลังที่เชื่อมต่อไปยังผู้ใช้ เพื่อกระจายพลังงานไฟฟ้าด้วยระดับแรงดันที่เหมาะสมกับการใช้งานปลายทาง ความน่าเชื่อถือและคุณภาพของเครือข่ายสายจ่ายจึงมีความสำคัญต่อคุณสมบัติโดยรวมของระบบไฟฟ้า เครือข่ายสายจ่ายประกอบด้วยอุปกรณ์พื้นฐานได้แก่ สาย feeder หม้อแปลงด้านสายจ่าย เซอร์กิตเบรกเกอร์ สวิตช์ และอุปกรณ์เฉพาะเช่น รีเลย์ป้องกัน อุปกรณ์อัตโนมัติต่าง ๆ อุปกรณ์ควบคุม อุปกรณ์สื่อสาร มิเตอร์และเครื่องมือวัด
จากการที่เครือข่ายสายจ่ายมีลักษณะกระจายอยู่เป็นจำนวนมากครอบคลุมพื้นที่ให้บริการ ทำให้การนำเครือข่ายสื่อสารไร้สายมาใช้สนับสนุนการป้องกันและการขยายเครือข่ายมีข้อดี ดังนี้
ข้อสังเกต การเชื่อมต่ออุปกรณ์เทอร์มินอลของฝั่งผู้ให้บริการกับเซนเซอร์ของฝั่งผู้ใช้ไฟฟ้าผ่านทางเครือข่ายไร้สาย จะทำให้ผู้ดูแลได้ภาพการตอบสนองที่ครบถ้วน แม้ในสภาพแวดล้อมการทำงานที่ซับซ้อน การวิเคราะห์ข้อมูลที่รวบรวมมาได้เพื่อกำหนดเป็นแนวทางให้ผู้ใช้ไฟฟ้าปรับเปลี่ยนพฤติกรรมจะสามารถบรรลุเงื่อนไขต่าง ๆ ได้ง่ายขึ้น เช่น การลดต้นทุนของพลังงาน การปรับปรุงประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือ สำหรับสถาปัตยกรรมระบบของการได้มาซึ่งข้อมูลเกี่ยวกับการใช้พลังงานไฟฟ้าบนเครือข่ายไร้สายจะแสดงดังรูปที่ 29
รูปที่ 29 สถาปัตยกรรมระบบของการได้ข้อมูลเกี่ยวกับการใช้ไฟฟ้าบนเครือข่ายไร้สาย
รูปที่ 30 แสดงมุมมองระบบสารสนเทศของสมาร์ทกริด ที่อาศัยการเชื่อมต่อพ่วงเซนเซอร์เข้ากับอุปกรณ์ เพื่อรวบรวมข้อมูลจากส่วนต่าง ๆ ไปยังผู้ดูแล ข้อมูลทั้งหมดจะถูกนำมาใช้ประกอบการตัดสินใจปรับสถานะในด้านต่าง ๆ ของระบบผ่านการตั้งค่าของอุปกรณ์ ตัวอย่างแหล่งข้อมูลแต่ละส่วน จะมีรายละเอียดดังนี้
1) ฝั่งการผลิตกำลังไฟฟ้า
2) ฝั่งส่งจ่ายไฟฟ้า
3) ฝั่งผู้ใช้ไฟฟ้า
รูปที่ 30 มุมมองระบบสารสนเทศของสมาร์ทกริด
แม้ว่าข้อมูลต่าง ๆ ที่ได้รับจากระบบสารสนเทศของสมาร์ทกริด จะทำให้ระบบไฟฟ้ามีความสามารถดำเนินการได้หลากหลายบนแนวคิดของการทำงานอัตโนมัติโดยการใช้อุปกรณ์และระบบอัจฉริยะนั้น ผู้ดูแลก็ยังคงต้องคำนึงถึงเสถียรภาพของระบบไฟฟ้าควบคู่ไปด้วย ซึ่งตัวอย่างของอุปกรณ์และระบบที่สามารถนำมาใช้ดังกล่าวแล้ว เช่น อุปกรณ์วัด PMU (phasor measurement unit) ชุด DTCR (dynamic thermal circuit rating) ระบบ FACTS (flexible AC transmission systems)
ในส่วนนี้จะเป็นการวิเคราะห์ลักษณะของสมาร์ทกริดที่จำเป็นต่อการวางแผน เพื่อให้สามารถตอบสนองฟังก์ชันการใช้งาน ฝั่งการผลิตกำลังไฟฟ้า ฝั่งส่งไฟฟ้า ฝั่งจ่ายไฟฟ้า ฝั่งจำหน่ายและผู้ใช้ไฟฟ้า
ฝั่งการผลิตกำลังไฟฟ้า
1. การควบคุมและจ่ายโหลด ในกรณีของระบบไฟฟ้ากำลังที่ไม่ใช่ระบบอุดมคติ การสูญเสียกำลังไฟฟ้าในรูปแบบต่าง ๆ ย่อมเกิดขึ้นได้กับทุกส่วน การวางแผนควบคุมการผลิตให้กับโรงไฟฟ้าในแต่ละช่วงเวลาและการจ่ายโหลดด้วยหลักการสมดุลกำลังดังกล่าวไปข้างต้น จึงนับเป็นเงื่อนไขสำคัญ เพราะจะส่งผลต่อต้นทุนการผลิตโดยรวมทั้งระบบ
สมาร์ทกริดได้เข้ามามีบทบาทในการช่วยวางแผนการผลิตให้สอดคล้องกับความต้องการใช้ไฟฟ้า ภายใต้เงื่อนไขของระบบและช่วงเวลาใช้งานที่มีต้นทุนต่ำสุด การใช้โครงข่ายการสื่อสารอัจฉริยะจะช่วยให้การดำเนินงานของฝั่งผู้ผลิตกับฝั่งผู้ใช้ยังคงเป็นแบบ real-time แม้ว่าจะเป็นช่วงที่เกิดฟอลท์
2. การปรับโหลด เป็นวิธีลดความจุที่ต้องสำรองเตรียมไว้ในช่วงความต้องการใช้งานสูงสุด ซึ่งการบริหารที่เกี่ยวข้องโดยตรงกับการใช้ไฟฟ้าระหว่างโครงสร้างพื้นฐานมิเตอร์ขั้นสูง (AMI) ระบบข้อมูลลูกค้า (consumer information system, CIS) และฟังก์ชันการผลิต ผ่านโครงข่ายการสื่อสารอัจฉริยะภายในสมาร์ทกริด จะช่วยให้การประเมินความต้องการใช้ไฟฟ้ามีความถูกต้องแม่นยำ ลดการผลิตส่วนเกินลง
3. การสร้างกำลังไฟฟ้าด้วยพลังงานทดแทนแบบกระจายในสมาร์ทกริด ซึ่งรวมไมโครกริดที่มาพร้อมกับหน่วยการผลิตในพื้นที่ใกล้เคียงกับผู้ใช้ไฟฟ้า จะช่วยให้การปรับสมดุลกำลังในกรณีที่มีการปิดระบบบางส่วนสามารถทำได้
4. การบำรุงรักษาอุปกรณ์ผลิตพลังงานไฟฟ้า จะทำให้จำนวนและการกระจายตัวของฟอลท์ลดลง โดยในสมาร์ทกริดจะมีการบริหารองค์ประกอบต่าง ๆ ที่สอดคล้องกับเงื่อนไขการบำรุงรักษาอุปกรณ์เชิงป้องกัน (preventive maintenance) ซึ่งเป็นแผนการดูแลก่อนเกิดเหตุเสีย โดยจะมีการตรวจสอบดูแลและทำความสะอาดเครื่องเป็นระยะ มีการเปลี่ยนอุปกรณ์หรือวงจรที่ครบอายุการใช้งานตามระยะเวลาที่กำหนด ซึ่งการดำเนินการนี้นอกจากเป็นการป้องกันแล้ว ยังช่วยให้ระบบสามารถเข้าถึงข้อมูลใหม่ที่อยู่ในเซนเซอร์ได้อีกด้วย โดยเฉพาะข้อมูลจากเทอร์ไบน์หรือเครื่องกังหันชนิดใบพัดหมุน ซึ่งจะถูกส่งไปยังศูนย์ควบคุมการผลิตเพื่อติดตามให้อุปกรณ์ทำงานเป็นไปตามเงื่อนไขที่กำหนด
ฝั่งส่งไฟฟ้า
5. การควบคุมและติดตามกริด ด้วยระบบบริหารพลังงานและระบบ SCADA ของระบบส่งไฟฟ้า จะเป็นการควบคุม ตรวจสอบและวิเคราะห์ข้อมูลการทำงานแบบ real-time นอกจากนี้ระบบ SCADA ยังอาจทำหน้าที่ประมวลผลข้อมูลที่ได้จากฮาร์ดแวร์ต่าง ๆ แล้วนำมาแสดงผ่านหน้าจอ หรือส่งสัญญาณไปควบคุมฮาร์ดแวร์ ซึ่งการดำเนินการนี้จำเป็นต้องมีฟังก์ชันจัดการข้อมูลที่สำคัญ ได้แก่
ตัวอย่างเช่น การบริหารแรงดันระบบจะอาศัยการควบคุมตัวปรับแทป เพื่อเพิ่มแรงดันเมื่อเกิดแรงดันตกหรือเพื่อให้หม้อแปลงใช้งานได้กับแหล่งจ่ายไฟที่ไม่เสถียร
ข้อสังเกต ในกรณีของการควบคุม VAR ในระบบสายส่งจะใช้ชุดของตัวเก็บประจุรีแอกเตอร์ หรือใช้หม้อแปลงแบบ OLTC และ ULTC ส่วนในระบบจำหน่ายจะเน้นการใช้ชุดของตัวเก็บประจุเป็นหลักหรือใช้การปรับแทปของหม้อแปลงที่สถานี ซึ่งในสมาร์ทกริดการดำเนินการเหล่านี้สามารถทำได้แบบอัตโนมัติ ด้วยการสั่งงานจากศูนย์ควบคุม รวมถึงอาจมีการนำ IVVC (integration volt/VAR control) หรือ AVVC (advanced volt/VAR control) เข้ามาใช้สนับสนุนการบริหารให้กับระบบจำหน่ายได้อีกด้วย
รูปที่ 31 การใช้ IVVC ในการบริหารระบบจำหน่าย
6. การดูแลรักษาศูนย์ควบคุมระบบส่งไฟฟ้า ในสมาร์ทกริดจะกำหนดให้การดำเนินการตั้งแต่การป้องกัน การตรวจจับ การแยก และแก้ไขฟอลท์ทั้งหมดถูกทำอย่างอัตโนมัติ โดยการติดต่อสื่อสารระหว่างศูนย์ควบคุม กับ ระบบส่งจ่ายไฟฟ้า รวมถึงแหล่งผลิตจะเป็นแบบ real-time ที่มาพร้อมกับเทคโนโลยีการรักษาความปลอดภัย
7. การดูแลรักษาอุปกรณ์ระบบส่งไฟฟ้า ที่ประกอบด้วย เบรกเกอร์ รีเลย์ สวิตช์ หม้อแปลง และเรกูเลเตอร์ ในสมาร์ทกริดจะบริหารจัดการอุปกรณ์ดังกล่าวตามเงื่อนไขการบำรุงรักษาเชิงป้องกัน โดยข้อมูลจากอุปกรณ์จะต้องถูกส่งผ่านไปยังศูนย์ควบคุมเพื่อติดตามการทำงาน
ฝั่งจ่ายไฟฟ้า
8. การควบคุมแรงดัน feeder และการทำสมดุลเฟส ในการควบคุมแรงดันของระบบจ่ายไฟจะทำเพื่อป้องกันปัญหากระแสเกิน และรักษาสมดุลเฟส ซึ่งจะมีการปรับเปลี่ยนไปตามความต้องการโหลดของผู้ใช้ เนื่องจากในสมาร์ทกริดมีการบริหารความต้องการทางด้านผู้ใช้ จึงทำให้มีข้อมูลโหลดมาใช้กับการทำสมดุลเฟส และเมื่อรวมข้อมูลจากระบบส่งจ่ายไฟฟ้ากับแหล่งผลิต ก็จะยิ่งช่วยให้การควบคุมแรงดันเป็นไปอย่างมีประสิทธิภาพ
ข้อสังเกตในการดำเนินการอัตโนมัติจะอาศัยการสื่อสารระหว่างระบบบริหารส่วนจ่ายไฟฟ้ากับอุปกรณ์ ร่วมกับโปรโตคอล เช่น Distributed Network Protocol 3 (DNP3)
9. การติดตามเหตุเสีย การวิเคราะห์ใบแจ้งเหตุเสียพร้อมกับการแก้ไขปัญหา จะช่วยให้ลูกค้ามีความพอใจเพิ่มขึ้น โดยสมาร์ทกริดจะมีการแจ้งเตือนอัตโนมัติ เมื่อมีปัญหาไฟฟ้าดับ ทำให้การฟื้นตัวสามารถทำได้อย่างรวดเร็ว
10. การสวิตช์ตามแผน และการสวิตช์เร่งด่วนเพื่อแก้ไขฟอลท์ที่สถานีไฟฟ้าย่อยและที่สาย feeder ภายหลังจากระบบตรวจพบปัญหา จะถูกจัดการอย่างอัตโนมัติ โดยในสมาร์ทกริดจะมีการจัดลำดับของการสวิตช์ตามความเหมาะสม
11. การดูแลปรับปรุงคุณภาพกำลังไฟฟ้า ซึ่งมีเงื่อนไขสำคัญคือการรักษาระดับแรงดันให้มีความถูกต้องทั่วทั้งระบบจ่าย ในสมาร์ทกริดจะสามารถทำได้อย่างรวดเร็ว เนื่องจากมีการใช้ข้อมูลจากหม้อแปลงและมอเตอร์ที่เป็นสาเหตุ โดยการรับส่งข้อมูลจะทำผ่านการสื่อสารแบบ real-time ระหว่างอุปกรณ์กับระบบวิเคราะห์กำลังไฟฟ้า
ฝั่งจำหน่ายและผู้ใช้ไฟฟ้า
12. การจำหน่ายที่ประกอบด้วยการดำเนินการเบื้องต้นคือ การทำนายด้วยแบบจำลองทางการตลาด การใช้โปรแกรมที่เกี่ยวข้องกับการตอบสนองความต้องการของผู้ใช้ไฟฟ้า การบริหารความเสี่ยงในการจำหน่าย การจัดหาพลังงานเพิ่มเพื่อรองรับความต้องการใช้งานสูงสุด และการขายพลังงานส่วนเกิน สิ่งเหล่านี้ถ้าเป็นกรณีของสมาร์ทกริด จะพบว่ามีความพร้อมของข้อมูลเพื่อการตัดสินใจมากกว่า เนื่องจากมีการติดต่อสื่อสารแบบ real-time กับส่วนต่าง ๆ
13. สมาร์ทกริดจะส่งผลต่อการดำเนินการที่เกี่ยวกับผู้ใช้ไฟฟ้าดังนี้
ข้อสังเกต
1) ผู้ออกแบบเครือข่ายสื่อสัญญาณที่นำพาทราฟฟิกข้อมูลกลับมายังศูนย์ควบคุม จำเป็นต้องคำนึงถึงแบนด์วิดท์ขั้นต่ำของการใช้งานทุกประเภทตามข้อกำหนด เพื่อให้การสื่อสารมีความต่อเนื่องและเกิดความคุ้มค่าในการลงทุนเครือข่าย
2) การออกแบบเครือข่ายสื่อสัญญาณสำหรับ AMI จะต้องคำนึงถึงความจุที่สามารถขยายได้ในอนาคต เพื่อรองรับฟังก์ชันทางเลือกของ AMI
จากที่กล่าวมาพอจะสรุปได้ว่า
1) ปัจจัยที่มีผลต่อความสำเร็จของการรวมองค์ประกอบต่าง ๆ ของสมาร์ทกริดจะเริ่มตั้งแต่ การวางแผน การออกแบบ และการดำเนินการ ซึ่งจะต้องรักษาให้เสถียรภาพของระบบไม่ได้รับผลกระทบในช่วงของการปรับเปลี่ยน โดยผู้ดูแลจะต้องมีความเข้าใจถึงศักยภาพของอุปกรณ์และระบบย่อย รวมถึงเงื่อนไขในการทำงานร่วมกัน
2) การพิจารณาเสถียรภาพของระบบภายหลังการรวมเข้าเป็นสมาร์ทกริด ผู้ดูแลระบบควรคำนึงถึงลักษณะของปริมาณทางไฟฟ้าที่เกี่ยวข้องต่าง ๆ เช่น แรงดัน เฟสเซอร์ ว่ามีการเปลี่ยนแปลงไปอย่างไรภายใต้เงื่อนไขการทำงานในสภาวะปกติ สภาวะทรานเซียนต์ และสภาวะการทำงานในระยะยาว
3) การติดตามวัดเฟสเซอร์ด้วยอุปกรณ์วัด PMU จะทำให้ทราบข้อมูลของตัวแปรทางไฟฟ้าที่สะท้อนถึงพฤติกรรมของระบบ ช่วยให้ผู้ดูแลสามารถควบคุมเสถียรภาพของแรงดันและป้องกันภาวะไฟฟ้าดับได้อย่างทันท่วงที ซึ่งเมื่อนำมารวมเข้ากับเทคโนโลยีการสื่อสารของสมาร์ทกริดก็จะช่วยให้ผู้ดูแลได้เห็นภาพรวมของระบบไฟฟ้าได้ครอบคลุมทั้งหมด
4) การที่ระบบไฟฟ้ากำลังอาจมีการทำงานบางส่วนที่ไม่เป็นเชิงเส้น ทำให้การออกแบบรวมถึงการวิเคราะห์จำเป็นต้องใช้โปรแกรมและเครื่องมือพิเศษเพิ่มเติม เพื่อจำลองดูผลลัพธ์ที่ได้เปรียบเทียบกับสิ่งที่คาดการณ์ไว้ โดยทุกครั้งที่มีแผนปรับเปลี่ยนโทโพโลยีหรือมีการนำอุปกรณ์ใหม่เข้ามา ผู้ดูแลระบบควรจำลองรูปแบบการทำงานเพื่อตรวจสอบก่อน
5) ผู้ดูแลระบบจำเป็นต้องมีโครงสร้างพื้นฐานระบบสารสนเทศที่มีเสถียรภาพและมีประสิทธิภาพสูง เพื่อรองรับปริมาณข้อมูลจำนวนมากจากการดำเนินการของทางเลือกสมาร์ทกริดที่หลากหลาย ซึ่งจะถูกรวบรวมส่งให้กับระบบบริหารจัดการที่ศูนย์ควบคุม
6) การสื่อสารระหว่างกริดของแต่ละพื้นที่ จะช่วยให้ระบบเกิดการทำงานประสานกัน มีการรับส่งข้อมูลถึงกันแบบ real-time ทำให้เมื่อเกิดฟอลท์ระบบก็จะสามารถแยกส่วนที่ได้รับผลกระทบออกได้อย่างรวดเร็ว ส่งผลให้ไม่เกิดไฟฟ้าดับเป็นวงกว้าง
7) การออกแบบวางแผนและเตรียมการเครือข่ายสื่อสัญญาณ เพื่อสนับสนุนการหลอมรวมโครงสร้างพื้นฐานของทุกฟังก์ชันการทำงานในสมาร์ทกริด จำเป็นต้องพิจารณาการสื่อสารระหว่างฟังก์ชันที่เกี่ยวข้องกับการผลิต การส่งจ่าย และความต้องการใช้ไฟฟ้า โดยความคุ้มค่าของระบบจะมีมากขึ้น เมื่อฟังก์ชันบนเทคโนโลยีขั้นสูงเหล่านี้ได้ใช้โครงข่ายการสื่อสารรวมบนแพลทฟอร์มที่มีมาตรการรักษาความปลอดภัยร่วมกัน
จากเนื้อหาทั้งสองตอนที่นำเสนอมา คงทำให้ผู้อ่านมองเห็นภาพโดยรวมของระบบสมาร์ทกริดมากขึ้น การพัฒนาระบบต่างๆ นั้นล้วนต้องการให้ระบบมีความเสถียรและการเชื่อมต่อและส่งระบบพลังงานนั้นเป็นไปได้อย่างทั่วถึง มีความปลอดภัย และตรวจสอบระบบการทำงานได้เป็นอย่างดีนั่นเอง
สงวนลิขสิทธิ์ ตามพระราชบัญญัติลิขสิทธิ์ พ.ศ. 2539 www.thailandindustry.com
Copyright (C) 2009 www.thailandindustry.com All rights reserved.
ขอสงวนสิทธิ์ ข้อมูล เนื้อหา บทความ และรูปภาพ (ในส่วนที่ทำขึ้นเอง) ทั้งหมดที่ปรากฎอยู่ในเว็บไซต์ www.thailandindustry.com ห้ามมิให้บุคคลใด คัดลอก หรือ ทำสำเนา หรือ ดัดแปลง ข้อความหรือบทความใดๆ ของเว็บไซต์ หากผู้ใดละเมิด ไม่ว่าการลอกเลียน หรือนำส่วนหนึ่งส่วนใดของบทความนี้ไปใช้ ดัดแปลง โดยไม่ได้รับอนุญาตเป็นลายลักษณ์อักษร จะถูกดำเนินคดี ตามที่กฏหมายบัญญัติไว้สูงสุด
