Защо реактивната мощност е важна и правилна - и няма проблем с SMA технологията SMA Solar
Защо реактивната мощност е важна и правилна - и няма проблем с SMA технологията
Реактивната мощност всъщност винаги възниква, когато енергията се предава с променлив ток. Значението им за инсталаторите на слънчева енергия и системните оператори се увеличава както за големи, така и за малки системи. Най-важното откритие: реактивната мощност изобщо не е проблем. За някои проблеми това е дори решението.
На 1 юли 2010 г. нещата ще станат сериозни: Слънчевите системи, които се захранват на ниво средно напрежение, трябва да могат да осигуряват реактивна мощност от този момент във времето - това твърди ревизираната от 2008 г. директива за средното напрежение на Германската асоциация за управление на енергията и водите (BDEW). Още по-обширни изисквания се обсъждат за мрежата с ниско напрежение. Достатъчна причина да разгледаме по-отблизо темата: Какво е реактивна мощност? За какво е добре? Какво се изисква от фотоволтаичните системи? И какви решения предлага SMA?
Реактивната мощност е просто обяснена
Като обяснителен модел за реактивна мощност може да се разгледат приходите и разходите на фиктивна компания: през януари са необходими 10 000 евро, през февруари са направени разходи от 10 000 евро. Цялото нещо се повтаря през следващите месеци. Въпреки месечния оборот на сметката от 10 000 евро, средната печалба е нула - може да се каже чиста реактивна мощност. Но как се получава нещо подобно в мрежата с променлив ток?
Как се създава реактивна мощност?
При постоянния ток връзките все още са прости: мощността е продукт на напрежението и тока. При променливия ток обаче нещата са по-сложни, тъй като силата и посоката на текущия поток и напрежението се променят редовно. В публичната електрическа мрежа и двете имат синусоидална крива с честота 50 или 60 Hertz. Докато токът и напрежението са "във фаза", тоест осцилират в стъпка, произведението на двете пулсиращи величини води до пулсираща мощност с положителна средна стойност - чиста активна мощност (фиг. 1а).
Фиг. 1а: Без фазово отместване произведението на тока i и напрежението u води до пулсираща, но винаги положителна мощност - чиста активна мощност.
Но веднага щом синусоидалните криви на тока и напрежението се изместят една спрямо друга, техният продукт води до изход с редуващи се положителни и отрицателни знаци. В екстремни случаи токът и напрежението се изместват с една четвърт от периода: Силата на тока винаги достига максималната си стойност, когато напрежението е нула - и обратно. Резултатът: чиста реактивна мощност, положителните и отрицателните компоненти на мощността се отменят напълно (фиг. 1б).
Фигура 1b: 90-градусово фазово изместване между ток i и напрежение u води до редуване на положителна и отрицателна мощност със средна стойност нула - чиста реактивна мощност.
Споменатото изместване се нарича още фазово изместване, въпреки че естествено може да има две посоки. Възниква, когато във веригата на променлив ток има намотки или кондензатори - и това всъщност винаги е така: Всички двигатели или трансформатори съдържат намотки (осигуряват индуктивно изместване), често се откриват и кондензатори (осигуряват капацитивно изместване).
Но многожилните захранващи кабели също действат като кондензатор, докато въздушните линии за високо напрежение могат да се разглеждат като изключително удължени намотки. Следователно е ясно: Известно количество фазово изместване и по този начин реактивна мощност трудно могат да бъдат избегнати в мрежите с променлив ток. Измерената променлива на фазовото изместване е фактор на изместване cos (φ), който може да приеме стойности между 0 и 1. С негова помощ различни стойности на производителността могат много лесно да се преобразуват една в друга (вижте информационното поле).
Как реактивната мощност влияе върху електропреносната мрежа?
Само реалната мощност е използваема мощност. Може да се използва за задвижване на машини, запалване на лампи или работа с лъчисти нагреватели. При реактивната мощност нещата стоят по различен начин: тя не се изразходва и не може да върши никаква работа. Той просто се движи напред-назад в електропреносната мрежа - и допълнително натоварва това. Тъй като всички линии, ключове, трансформатори и други компоненти трябва да вземат предвид допълнителната реактивна мощност.
По-конкретно: Те трябва да бъдат проектирани за привидната мощност, т.е.за геометричната сума на активната и реактивната мощност. Омичните загуби в транспорта на енергия също възникват въз основа на привидната мощност, поради което допълнителната реактивна мощност води до по-големи транспортни загуби.
Релеф на електрическите мрежи и регулиране на напрежението
За щастие, съществуващо фазово изместване може да бъде компенсирано. Необходимо е само съответно противоположно фазово изместване посредством компенсационни намотки или компенсационни кондензатори - или посредством инвертори. От една страна, това намалява транспортните загуби, от друга страна, мрежата се зарежда само с активна мощност. По този начин освободените линейни ресурси могат да се използват за предаване на допълнителна активна мощност.
Капацитивното или индуктивното фазово изместване има друг ефект: увеличава или намалява напрежението в мрежата. В големите електроцентрали, например, енергията се генерира с капацитивен фазов фактор, за да се компенсира намаляващото напрежение влияние на индуктивните въздушни линии и трансформатори. Следователно управлението на фазовото изместване или реактивната мощност е изключително важно за управлението на мрежата - това се отнася не само за големи електроцентрали, но и за PV системи в мрежи със средно или ниско напрежение.
Това изисква директивата за средното напрежение
Според директивата за средно напрежение BDEW мрежовите оператори могат да изискват подаването на индуктивна или капацитивна реактивна мощност с коефициент на изместване 0,95 от юли 2010 г. Всъщност някои от тях вече изискват подаване на реактивна мощност, така че системите все още могат да бъдат свързани към дадените точки на свързване към мрежата - понякога дори с коефициент на изместване 0,90. Съответна насока за нисковолтовата мрежа вече се работи; проучване от Техническия университет в Мюнхен също предполага фактор на изместване от 0,90.
Предистория: По физически причини захранването с активна мощност води до повишаване на напрежението, особено в мрежата с ниско напрежение, което може да бъде проблематично при определени обстоятелства (виж фиг. 3). В същото време обаче тук се изисква особено голямо количество реактивна мощност, за да се намали отново напрежението.
Продуктови решения от SMA
SMA вече предлага гама продукти с реактивна мощност: Всички по-нови централни инвертори, централните инвертори SunnyMini с контрол на реактивната мощност и новите Sunny Tripower са предназначени за доставяне на реактивна мощност. Настоящите централни инвертори от серията HE вече отговарят на всички изисквания на директивата за средното напрежение, която ще се прилага от средата на 2010 г. и предлагат коефициенти на изместване до 0,90, а останалите устройства дори до 0,80.
Универсална кутия за редуктор на мощност
С SMA Power Reductor Box има и комуникационно решение за определяне на фактора на превключване: В допълнение към дистанционно контролираното ограничение на захранващата мощност, устройството позволява отдалечен избор от максимум 16 свободно определяеми коефициента на превключване или стойности на реактивната мощност (трябва да се спазват максималните стойности на използваните инвертори).
Високи технологии с допълнителни предимства
Иновативните комплекти за слънчево архивиране от SMA дори отиват още една стъпка по-напред: Ако захранващата мрежа се провали, резервната система трябва да използва батерия и слънчева енергия, за да създаде пълноценна островна мрежа - тя е предназначена за този „случай на резервно копие“. Инверторът на батерията поема функцията на мрежовия конструктор и отговаря за напрежението, честотата, компенсацията на реактивната мощност и филтрирането на хармониците. Той е в състояние да достави цялата си номинална мощност като реактивна мощност и по този начин да регулира фазовото изместване в островната мрежа до всяка стойност. Със софтуерна модификация, инверторът Sunny Backup може да направи това дори когато напрежението на мрежата е налично и съответно да облекчи мрежата с ниско напрежение.
Ето как планирате с реактивна мощност
Разбира се, реактивната мощност трябва да се вземе предвид при проектирането на фотоволтаична система. Желаният или необходим коефициент на превключване играе решаваща роля: той определя нивото на видимата мощност и по този начин допълнително необходимата мощност на инвертора. При cos (φ) 0,95 се получава привидна мощност от 105,26% от предлаганата реална мощност на PV. За захранване на 100 kW активна мощност с това фазово изместване е необходим инвертор с най-малко 105 kVA номинална привидна мощност (вж. Фиг. 2). Важно: Активната мощност, консумирана от инвертора, се запазва изцяло. Съответната реактивна мощност също се генерира в инвертора, поради което той трябва да бъде оразмерен съответно по-голям. С безплатния SMA софтуер за планиране "Sunny Design" от версия 1.50 нататък, всички опции за подаване на реактивна мощност също могат да бъдат изчислени.
Фиг. 2: Желаната реактивна мощност се генерира в инвертора - в допълнение към консумираната активна PV мощност. Геометричната сума на двете е привидната мощност; тя е определяща за конструкцията на инвертора
Решаване на проблеми с реактивна мощност
Фиг. 3: Процентното увеличение на напрежението при 27 kW захранване с активна мощност, в зависимост от ъгъла на импеданса на мрежата и фактора на изместване
Заключение: Не се страхувайте от реактивна мощност
Доставянето на реактивна мощност от слънчеви инвертори е важна стъпка за интегрирането на фотоволтаици в управлението на мрежата, но може да бъде и привлекателно за операторите. Добрата новина: Благодарение на начина, по който работят, инверторите са идеални за това.