Чому реактивна потужність важлива і правильна - і ніяких проблем з технологією SMA SMA Solar
Чому реактивна потужність важлива і правильна - і не проблема з технологією SMA
Реактивна потужність насправді завжди виникає, коли енергія передається за допомогою змінного струму. Їх значення для установників сонячних батарей та системних операторів зростає як для великих, так і для малих систем. Найважливіший висновок: реактивна потужність - це зовсім не проблема. Для деяких проблем це навіть рішення.
З 1 липня 2010 року все стане серйозним: сонячні системи, які живляться на рівні середньої напруги, повинні мати змогу забезпечувати реактивну потужність з цього моменту - саме це стверджує переглянута в 2008 році директива про середню напругу Німецької асоціації енергетичного та водного господарства (BDEW). Ще більш обширні вимоги обговорюються щодо низьковольтної мережі. Досить підстав, щоб уважніше розглянути тему: Що таке реактивна потужність? Для чого це добре? Що потрібно від фотоелектричних систем? І які рішення пропонує SMA?
Реактивну потужність просто пояснили
Як пояснювальну модель реактивної потужності можна поглянути на доходи та витрати фіктивної компанії: у січні це займає 10 000 євро, у лютому - 10 000 євро. Усе це повторюється в наступні місяці. Незважаючи на щомісячний оборот рахунку в 10 000 євро, середній прибуток дорівнює нулю - чиста реактивна потужність, можна сказати. Але як щось подібне виникає в мережі змінного струму?
Як створюється реактивна потужність?
З постійним струмом взаємозв'язки все ще прості: потужність є добутком напруги та струму. Однак із змінним струмом все складніше, оскільки сила та напрямок потоку струму та напруга регулярно змінюються. В електромережі загального користування обидва мають синусоїдальну криву з частотою 50 або 60 Гц. Поки струм і напруга перебувають у "фазі", тобто коливаються в кроці, добуток двох пульсуючих величин призводить до пульсуючої потужності з позитивним середнім значенням - чистою активною потужністю (рис. 1а).
Рис. 1а: Без фазового зсуву добуток струму i та напруги u призводить до пульсуючої, але завжди позитивної потужності - чистої активної потужності.
Але як тільки синусоїдальні криві струму та напруги зміщуються одна проти одної, їх продукт призводить до потужності з чергуванням позитивних та негативних знаків. В крайніх випадках струм і напруга зміщуються на чверть періоду: сила струму завжди досягає свого максимального значення, коли напруга дорівнює нулю - і навпаки. Результат: чиста реактивна потужність, позитивні та негативні компоненти потужності повністю виключають один одного (рис. 1b).
Рис. 1b: Зсув фази на 90 градусів між струмом i та напругою u призводить до чергування позитивної та негативної потужності із середнім значенням нуля - чистою реактивною потужністю.
Згаданий зсув також називають фазовим зсувом, за допомогою якого він, природно, може мати два напрямки. Це виникає, коли в ланцюзі змінного струму є котушки або конденсатори - і це насправді завжди: усі двигуни або трансформатори містять котушки (забезпечують індуктивне зміщення), конденсатори (забезпечують ємнісне зміщення) також часто зустрічаються.
Але багатожильні силові кабелі також діють як конденсатор, тоді як високовольтні повітряні лінії можна розглядати як надзвичайно витягнуті котушки. Тому зрозуміло: певної величини фазового зсуву і, отже, реактивної потужності навряд чи можна уникнути в мережах змінного струму. Виміряною змінною фазового зсуву є коефіцієнт зсуву cos (φ), який може приймати значення від 0 до 1. За його допомогою різні значення продуктивності можна дуже легко перетворити одне в одне (див. Інформаційне вікно).
Як реактивна потужність впливає на електромережу?
Лише реальна сила - це корисна сила. Він може використовуватися для керування машинами, запалювання ламп або експлуатації променистих обігрівачів. Інакше йде справа з реактивною потужністю: вона не витрачається і не може виконувати жодної роботи. Він просто рухається туди-сюди в електромережі - і створює додаткове навантаження на це. Оскільки всі лінії, вимикачі, трансформатори та інші компоненти повинні враховувати додаткову реактивну потужність.
Зокрема: вони повинні бути розраховані на видиму потужність, тобто на геометричну суму активної та реактивної потужності. Омічні втрати під час транспортування енергії також виникають на основі очевидної потужності; додаткова реактивна потужність призводить до більших транспортних втрат.
Рельєф електромереж та регулювання напруги
На щастя, існуючий зсув фази можна компенсувати. Все, що потрібно, це відповідно протилежний фазовий зсув за допомогою компенсаційних котушок або компенсаційних конденсаторів - або за допомогою інверторів. З одного боку, це зменшує транспортні втрати, а з іншого боку, мережа завантажена лише активною потужністю. Таким чином, звільнені лінійні ресурси можуть бути використані для передачі додаткової активної потужності.
Ємнісний або індуктивний фазовий зсув має ще один ефект: він збільшує або зменшує напругу в мережі. Наприклад, на великих електростанціях енергія виробляється з ємнісним фазовим зсувом, щоб компенсувати знижуючий напругу вплив індуктивних повітряних ліній та трансформаторів. Тому контроль фазового зсуву або реактивної потужності надзвичайно важливий для управління мережею - це стосується не лише великих електростанцій, а й фотоелектричних систем у мережах середньої та низької напруги.
Цього вимагає директива про середню напругу
Відповідно до директиви BDEW щодо середньої напруги, оператори мережі можуть вимагати подачі індуктивної або ємнісної реактивної потужності з коефіцієнтом зсуву 0,95 з липня 2010 року. Насправді, деякі з них вже вимагають подачі реактивної потужності, щоб системи все ще могли бути підключені до заданих точок підключення до мережі - іноді навіть з коефіцієнтом зсуву 0,90. Відповідна настанова щодо низьковольтної мережі вже розробляється; дослідження Технічного університету Мюнхена також пропонує коефіцієнт зсуву 0,90.
Передумови: З фізичних причин подача активної потужності призводить до збільшення напруги, особливо в мережі низької напруги, що може бути проблематичним за певних обставин (див. Рис. 3). У той же час, однак, для повторного зниження напруги тут потрібна особливо велика кількість реактивної потужності.
Продуктові рішення від SMA
SMA вже пропонує ряд продуктів з реактивною потужністю: всі новіші центральні інвертори, центральні інвертори SunnyMini з регулюванням реактивної потужності, а також нові Sunny Tripower призначені для подачі реактивної потужності. Нинішні центральні інвертори серії HE вже відповідають всім вимогам директиви про середню напругу, яка діятиме з середини 2010 року, і пропонують коефіцієнти зсуву до 0,90, інші пристрої навіть до 0,80.
Універсальна коробка зменшення потужності
З коробкою зменшення потужності SMA існує також комунікаційне рішення для вказівки коефіцієнта зсуву: На додаток до дистанційно керованого обмеження потужності подачі, пристрій дозволяє віддалено вибрати максимум 16 вільно визначаються коефіцієнтів зсуву або значень реактивної потужності (слід дотримуватися максимальних значень використовуваних інверторів).
Високі технології з додатковими перевагами
Інноваційні набори сонячних резервних копій від SMA навіть роблять ще один крок далі: якщо мережа живлення виходить з ладу, система резервного копіювання повинна використовувати акумулятор та сонячну енергію, щоб створити повноцінну острівну мережу - вона призначена для цього "випадку резервного копіювання". Інвертор акумулятора виконує функцію мережевого генератора і відповідає за напругу, частоту, компенсацію реактивної потужності та фільтрацію гармонік. Він здатний подавати всю свою номінальну потужність як реактивну потужність і таким чином регулювати фазовий зсув в острівній сітці до будь-якого значення. За допомогою модифікації програмного забезпечення інвертор Sunny Backup міг би це зробити, навіть коли напруга мережі є доступною, і відповідно зняти низьковольтну мережу.
Ось як ви плануєте з реактивною потужністю
Звичайно, реактивна потужність повинна враховуватися при проектуванні фотоелектричної системи. Бажаний або необхідний коефіцієнт зсуву відіграє вирішальну роль: він визначає величину видимої потужності і, отже, додатково необхідну потужність інвертора. При cos (φ) 0,95 створюється видима потужність 105,26 відсотків пропонованої реальної потужності ПВ. Для живлення 100 кВт активної потужності з цим фазовим зсувом необхідний інвертор, що має принаймні 105 кВА номінальної видимої потужності (див. Рис. 2). Важливо: активна потужність, споживана інвертором, зберігається повністю. Відповідна реактивна потужність також виникає в інверторі, тому він повинен бути розміром відповідно більшим. За допомогою безкоштовного програмного забезпечення для планування SMA "Sunny Design" версії 1.50 і вище можна розрахувати всі варіанти подачі реактивної потужності.
Рис. 2: Потрібна реактивна потужність генерується в інверторі - на додаток до споживаної активної фотоелектричної потужності. Геометрична сума двох є очевидною потужністю; вона є визначальною для конструкції інвертора
Вирішення проблем з реактивною потужністю
3: Відсоток збільшення напруги при подачі активної потужності 27 кВт залежно від кута імпедансу мережі та коефіцієнта зсуву
Висновок: Не бійтеся реактивної потужності
Подавання реактивної потужності сонячними інверторами є важливим кроком для інтеграції фотоелектрики в управління мережею, але це також може бути привабливо для операторів. Хороша новина: завдяки своєму режиму роботи інвертори ідеально підходять для цього.