万博ANSYS的博客
2019年7月2日
什么是无功功率，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一次，影响了美国8个州和加拿大2个省的5000多万人。
北美电力可靠性委员会发现，无功功率(保持电流流动所需的功率)的短缺是造成停电的一个重要因素。
可再生能源，如太阳能，不仅可以提供电力，还可以用来产生无功功率。
光伏系统为电网提供无功供电，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和管理电网的无源功率。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力线的压力。要做到这一点，电压利用无功功率。
没有足够的无功功率，电压下降会威胁到电网的稳定性。因此，无功功率不会主动地保持我们的灯和电子设备的运行。可以把它想象成交流电网用来保持电流流向这些设备的电力。
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。在美国安装了超过55千兆瓦的太阳能发电潜力，足以为1000多万户家庭供电。
将光伏发电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，光伏发电输出也会下降。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。这个过程也被称为无功补偿。
使用无功功率补偿的逆变器会产生热量，这可能导致设备的使用寿命缩短或失效。
将光伏系统与智能逆变器集成可能很快成为新的标准。
设计逆变器通常需要建立许多原型，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规避这一重大努力。
智能逆变器无功应力模拟
使用多域系统仿真，(现在包含在万博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。
研究人员优化光伏智能逆变器，使其能够管理无功压力。
当研究人员对逆变器进行建模时，其电气性能与预期的性能相符。这一比较证明，该模型提供了准确的预测逆变器的电气和热性能。
研究人员随后进行了特性研究，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性能和设备寿命之间的关键权衡。
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