何為 P ? 何為Q?
逆變器規格書(shū)上都有額定功率值 Power (W) – 這也是分辨逆變器功率大小最主要指標。 此功率為交流側電壓乘以電流, 當電壓及電流最大值和最小值在完全相同的瞬間達到時(shí), 會(huì )產(chǎn)生最大功率,也是逆變器最高功率輸出值。
圖一: 100%有功功率正弦波圖: 當電壓及電流在同一瞬間增加及減少,產(chǎn)生的功率(灰色區塊)在0 – 100% 波動(dòng),時(shí)間拉長(cháng)后平均下來(lái)成為P (W) 值
光伏逆變器在成功并網(wǎng)前會(huì )偵測交流側, 當有上圖交流波型后就能并網(wǎng)發(fā)電。不過(guò)實(shí)際上偵測到的電壓及電流不會(huì )在同一瞬間增加及減少,而是會(huì )有一個(gè)時(shí)間差距 – 又稱(chēng)相位偏移。這是因為現實(shí)生活中的電網(wǎng),從遠處發(fā)電廠(chǎng)傳輸電力到用戶(hù)負載的線(xiàn), 會(huì )讓電流或電壓增快或減慢所致。一旦兩者有差距,電網(wǎng)公司就需增加額外能量以滿(mǎn)足終端需求,而這額外增加的部份就是所謂的無(wú)功功率, 也就是Q (Var) 。
圖二: 100%無(wú)功功率正弦波圖: 當電壓及電流差距達到90度差距時(shí),平均下來(lái)的P = 0, 而Q (Var) 達到100%
圖三: 正常情況電網(wǎng)正弦波圖: 當電壓及電流稍微偏移時(shí),大部分還是灰色有功功率P . 無(wú)功功率Q 則為黃色部份
有功功率P和無(wú)功功率Q之和是視在功率S。需注意它們不是單純相加，而是作為矢量相加：有功功率P和無(wú)功功率Q形成直角三角形的斜邊與視在功率S相對應。 有功功率和視在功率之間的角度的余弦值是相位偏移功率因子φ。
Q有甚么影響?
現今人們使用的各種負載, 包括計算機充電器, 吹風(fēng)機, 省電燈泡, 以及帶有馬達的大型家具,包括洗衣機, 電鉆等. 都會(huì )造成相位偏移情形。而這對電網(wǎng)公司而言, 無(wú)功功率 (Q) 降低了發(fā)電機和電網(wǎng)的供電效率，并造成線(xiàn)路電壓損失及電能損耗等負擔，因此電網(wǎng)必需于變電站或纜線(xiàn)尾端設置一些成本高昂的無(wú)功補償裝置來(lái)穩定電網(wǎng)。
這些補償裝置分為靜態(tài)或動(dòng)態(tài)模式產(chǎn)生無(wú)功功率,靜態(tài)是指電網(wǎng)公司指定無(wú)功功率設定點(diǎn)，而無(wú)需考慮現場(chǎng)其他要求。動(dòng)態(tài)補償則為依據現場(chǎng)饋線(xiàn)和負載數據及時(shí)調整所需無(wú)功功率。而在電力傳輸中光伏電站里的逆變器，如果有功及無(wú)功功率可被有效控制，便是電網(wǎng)公司最完美的補償首選。
根據世界各國電網(wǎng)的要求，中高電壓光伏電站逆變器需有功率因子控制，以充分利用各地電網(wǎng)的容量。德國更早在2009年便規定中電壓太陽(yáng)能電站必需有此控制功能。SMA是全球第一家研發(fā)此功能至逆變器的廠(chǎng)商，并長(cháng)期與德國電網(wǎng)公司合作。根據長(cháng)期累積的經(jīng)驗，SMA逆變器可經(jīng)由以下控制方式調整功率因子提供電網(wǎng)公司達到最佳無(wú)功補償效果:
Q(V): 根據電網(wǎng)電壓調整無(wú)功功率Q(P): 根據逆變器有功輸出來(lái)調整無(wú)功功率Q(S): 根據視在功率調整無(wú)功功率PF(P): 根據功率因子調整有功功率輸出 (0超前到0滯后)PFext: 根據外部Modbus訊號調整功率因子 (SCADA系統)Qext: 根據外部Modbus訊號調整無(wú)功功率輸出 (SCADA系統)
逆變器在夜晚還能做補償?
逆變器平日是由光伏板提供的直流側起動(dòng), 藉由“夜間無(wú)功補償”的功能, 逆變器可保持整夜與交流側的公共電網(wǎng)連接,并僅從電網(wǎng)消耗少數有功功率為其內部組件供電, 進(jìn)而提供電網(wǎng)公司所需要的純無(wú)功功率作為補償。以下為逆變器主要工作步驟:
1. 當日照不足導致逆變器發(fā)電過(guò)低，逆變器將從平日并網(wǎng)運行切換為“夜間無(wú)功補償”運行。逆變器根據既有的靜態(tài)參數設置或動(dòng)態(tài)接收電網(wǎng)公司指令供給無(wú)功功率。由于這種狀態(tài)也可能在白天出現，因此逆變器內部的直流開(kāi)關(guān)首先保持關(guān)閉狀態(tài)，以避免增加不必要的開(kāi)關(guān)次數。
2. 如果逆變器在“夜間無(wú)功補償”下運行了一個(gè)小時(shí)，或者直流電流降至負值以下，則直流開(kāi)關(guān)將打開(kāi)。逆變器繼續供給無(wú)功功率。
3. 如果在直流開(kāi)關(guān)打開(kāi)后,電網(wǎng)側電壓與頻率超出范圍導致無(wú)功饋電中斷，則將首先對直流電路進(jìn)行預充電，以減少電子部件上的壓力。此過(guò)程不超過(guò)一分鐘。
4. 一旦對直流電路進(jìn)行了充分的預充電，交流接觸器就會(huì )閉合，逆變器會(huì )監控電網(wǎng)極限。如果滿(mǎn)足所有饋電要求，逆變器將在一分鐘內恢復為無(wú)功功率饋電。
5. 在逆變器提供無(wú)功功率的同時(shí)，逆變器會(huì )持續檢查是否滿(mǎn)足有功功率并網(wǎng)的條件。如回到白天日照充足滿(mǎn)足并網(wǎng)要求后，逆變器將關(guān)閉直流開(kāi)關(guān)并切換到平日并網(wǎng)運行模式。
如上圖第三區塊顯示, SMA的逆變器最多可提供100%無(wú)功功率給電網(wǎng)。但在白天時(shí)如果操作提供過(guò)多無(wú)功功率, 將會(huì )導致輸出有功功率大幅減少,如上圖第二區塊顯示。在夜晚時(shí)提供此功能意味著(zhù)當無(wú)功功率為100%時(shí)，也不影響白天有功功率的發(fā)電量, 減少業(yè)主收益損失。
“夜晚無(wú)功補償” 功能的成本支出大大低于電站額外安裝功率因子補償設備的成本。特別是，與動(dòng)態(tài)補償設備相比可節
