我們先來看看2003年8月發(fā)生在北美的大型停電事件。這是北美歷史上規(guī)模最大的一次事故，影響了美國八個州和加拿大兩個省的5000多萬人。

北美電力可靠性委員會（North American Electric Reliability Council）發(fā)現(xiàn)，缺少無功功率（保持電流流動所需的功率）是導(dǎo)致那次停電的一個重要因素。

太陽能等可再生能源不僅可以提供電力，還可產(chǎn)生無功功率。

什么是無功功率

無功功率是返回到電網(wǎng)的功率，而有功功率是由負載消耗的功率。

與推動水通過管道的壓力類似，電壓的作用是推動電流通過電纜。要做到這一點，電壓需要消耗無功功率。

如果沒有足夠的無功功率，壓降就會威脅電網(wǎng)的穩(wěn)定性。由此可見，無功功率并不能直接維持我們的燈光和電子設(shè)備的運行，可以將其視為交流電網(wǎng)用于保持電流流向這些設(shè)備的功率。

那么，我們?nèi)绾萎a(chǎn)生更多的無功功率？光伏（PV）系統(tǒng)可能是答案。美國的太陽能發(fā)電潛力超過55千兆瓦，足以為超過1000萬戶家庭提供電力。

將光伏功率連接到電網(wǎng)會帶來獨特的挑戰(zhàn)，其中包括需要吸收無功功率的過電壓。光伏輸出功率也會因環(huán)境因素而下降。這些電壓波動會對傳統(tǒng)功率管理設(shè)備造成壓力，從而導(dǎo)致高昂的維護、運營和更換成本。

為了緩解這些干擾，公共事業(yè)公司要求光伏系統(tǒng)集成智能逆變器，以產(chǎn)生或消耗無功功率。

使用智能逆變器調(diào)節(jié)無功功率

與傳統(tǒng)逆變器類似，智能逆變器將直流電（DC）轉(zhuǎn)換為交流電（AC）。兩者的主要區(qū)別在于其吸收和輸出無功功率的能力。該流程也被稱為無功功率補償。

將逆變器配置無功功率補償會產(chǎn)生熱量，這可能會導(dǎo)致設(shè)備使用壽命縮短或發(fā)生故障。

設(shè)計逆變器通常需要構(gòu)建許多原型機，并進行漫長且成本高昂的實驗。不過，借助仿真，匹茲堡大學(xué)的研究人員可以發(fā)掘規(guī)避上述大量工作的途徑。

仿真智能逆變器的無功功率應(yīng)力

匹茲堡大學(xué)的研究人員利用多域系統(tǒng)仿真（現(xiàn)包含在Ansys Twin Builder中）開發(fā)出電熱模型，以評估智能逆變器的電路和控制算法

當(dāng)研究人員對逆變器進行建模時，其電氣性能與預(yù)期性能相匹配。對比結(jié)果證明，這些模型可準(zhǔn)確預(yù)測逆變器的電氣和熱性能。

研究人員隨后進行了特征研究，以減少對逆變器熱動力學(xué)進行物理原型設(shè)計的需求，從而顯著節(jié)省成本。

此外，仿真還能夠幫助研究人員評估不同的設(shè)計配置。通過研究這些配置，研究人員能夠優(yōu)化逆變器在無功功率性能和設(shè)備使用壽命之間的關(guān)鍵權(quán)衡因素。