ANSYS的博客
2019年7月2日
什么是无功功率以及智能逆变器如何使用它来创建可靠的电网?
还记得2003年8月的停电事件吗?这是北美历史上最大的地震，影响了美国8个州和加拿大2个省的5000多万人。
的北美电力可靠性委员会发现缺乏无功功率(保持电流流动所需的功率)是导致停电的一个重要因素。
可再生能源，如太阳能，不仅提供电力，还可用于产生无功功率。
光伏系统用无功功率支持电网，这对避免停电至关重要。
为了防止停电，可再生能源系统还需要智能逆变器来控制能量通量并管理电网的被动电源。为了满足这一需求，匹兹堡大学的研究人员设计了智能逆变器，可以调节电网的无功功率和电压。
什么是无功功率?
与推动水通过管道的压力类似，电压的作用是推动电流通过电线的压力。为此，电压利用无功功率。
如果没有足够的无功功率，电压下降就会威胁电网的稳定。因此，无功功率并不能主动维持我们的灯和电子设备的工作。把它想象成交流电网用来保持电流流向这些设备的能量。
那么，我们如何产生更多的无功功率呢?太阳能光伏(PV)系统可能是答案。美国已经安装了超过550千兆瓦的太阳能发电潜力，足以为1000多万户家庭供电。
将光伏电源连接到电网带来了独特的挑战——包括需要吸收无功功率的过电压。由于环境因素，光伏发电量也会下降。这些电压波动对传统电源管理设备造成压力，导致高昂的维护、运营和更换成本。
为了减轻这些干扰，公用事业公司要求光伏系统集成智能逆变器来产生或消耗无功功率。
使用智能逆变器调节无功功率
与传统的逆变器类似，智能逆变器将直流电(DC)转换为交流电(AC)。关键的区别在于它们吸收和输出无功功率的能力。这一过程也称为无功功率补偿。
对逆变器进行无功功率补偿会产生热量，这可能会导致设备的工作寿命缩短，甚至出现故障。
将光伏系统与智能逆变器集成可能很快就会成为新标准。
设计逆变器通常需要建造许多原型，并进行漫长而昂贵的实验。然而，通过模拟，匹兹堡大学的研究人员试图绕过这一重大努力。
智能逆变器无功应力模拟
使用多域系统模拟，(现在包含在Ansys Twin Builder)匹兹堡大学的研究人员开发了电热模型来评估智能逆变器的电路和控制算法。
研究人员优化了光伏智能逆变器，使其能够管理无功功率压力。
当研究人员对逆变器进行建模时，其电气性能与预期性能相匹配。这一比较证明，模型提供了准确的预测逆变器的电气和热性能。
然后，研究人员进行了表征研究，以减少对逆变器热动力学物理原型的需求，从而大大节省了成本。
模拟还使研究人员能够评估不同的设计配置。研究这些配置使研究人员能够优化逆变器在无功功率性能和设备寿命之间的关键权衡。
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