繼德國(guó)之后，美國(guó)加州也在電網(wǎng)中強(qiáng)化了高級(jí)逆變器的作用。
在為加州的家庭和企業(yè)輸送電力的配電網(wǎng)中，屋頂太陽能發(fā)電系統(tǒng)找到了第二個(gè)用武之地。目前，加州的光伏電池板只是用于發(fā)電（發(fā)電量可滿足該州約百分之一的用電量），但在幾個(gè)月之內(nèi)，部分系統(tǒng)將同時(shí)發(fā)揮初級(jí)電網(wǎng)調(diào)節(jié)器的作用——這一角色將使得這些太陽能電池板在日落之后仍舊持續(xù)工作。
雖然加州的這一最新發(fā)展情況只是得益于加州公用事業(yè)委員會(huì)（CPUC）在2014年12月通過的一項(xiàng)本州標(biāo)準(zhǔn)，但同時(shí)這也是太陽能發(fā)電系統(tǒng)的全球發(fā)展趨勢(shì)：德國(guó)、日本以及其他大力發(fā)展太陽能發(fā)電系統(tǒng)的國(guó)家都在推廣類似的變革進(jìn)程，令屋頂太陽能裝置發(fā)揮調(diào)節(jié)電壓的作用，并開展一些其他的電網(wǎng)支持任務(wù)。
太陽能發(fā)揮的作用越來越大正是逆變器升級(jí)發(fā)展的結(jié)果。所謂逆變器，就是連接屋頂?shù)墓夥l(fā)電系統(tǒng)等分布式發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)的電力電子設(shè)備。逆變器可以將光伏電池板中的直流電轉(zhuǎn)換成可與交流電網(wǎng)同步的交流電。同時(shí)，逆變器還可以合成無功功率（此時(shí)交流電的電流波超前或滯后于電壓波），全世界的電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商都在使用這種手段調(diào)控輸電線的電壓水平。通過超前電流增加無功功率可以提高交流輸電線的電壓，通過滯后電流減少無功功率則會(huì)使交流電壓水平下降。
新的逆變器標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)志著這一被大多數(shù)電力公司視為“眼中釘”的設(shè)備發(fā)生了重大的變化。截至目前，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)都要求太陽能逆變器在出現(xiàn)線路故障時(shí)立即關(guān)停，以便保護(hù)工作人員免受意外電流的傷害。南加州愛迪生電力公司的高級(jí)技術(shù)總經(jīng)理羅伯特?史瑞克（Robert Sherick）表示：“過去，我們一直在尋找能夠在配電系統(tǒng)發(fā)生小故障時(shí)便能關(guān)停的設(shè)備。現(xiàn)在，逆變器已成為了一個(gè)不錯(cuò)的選擇。”
電力公司必須作出改變，原因在于，隨著分布式發(fā)電的水平越來越高，保持電力質(zhì)量已經(jīng)越來越困難。10年前，當(dāng)太陽能電力系統(tǒng)在德國(guó)開始蓬勃發(fā)展時(shí)，德國(guó)的電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商便首先經(jīng)歷了這一過程。位于德國(guó)尼斯特塔爾市的逆變器生產(chǎn)商SMA太陽能技術(shù)公司的電網(wǎng)集成總監(jiān)貝恩哈特?恩斯特（Bernhard Ernst）解釋道，在電力需求較低時(shí)，較高的太陽能輸出電量便會(huì)提高電壓水平。這種情況會(huì)促使電力公司暫時(shí)關(guān)停某些輸電線上的光伏發(fā)電裝置。
于3年前出臺(tái)的德國(guó)智能逆變器規(guī)范解決問題的方式是，規(guī)定逆變器在光伏電池板陣列的輸出電量超過裝機(jī)容量的50%時(shí)開始減少無功功率。這一做法平衡了太陽能發(fā)電系統(tǒng)的電壓提升影響。
與使用更粗的電纜升級(jí)配電饋線相比，智能逆變器能夠以一種成本更低的方式確保光伏發(fā)電系統(tǒng)的持續(xù)發(fā)展，恩斯特如是表示。同時(shí)，他還補(bǔ)充說：“借助這一功能，我們能夠在保持輸電線不變的同時(shí)增加40%的光伏裝機(jī)容量。”
德國(guó)還規(guī)定，必須提高光伏發(fā)電系統(tǒng)在電網(wǎng)出現(xiàn)緊急情況時(shí)的性能表現(xiàn)。一旦過多的供電量導(dǎo)致交流電頻率比歐洲的標(biāo)準(zhǔn)頻率50赫茲高出0.2赫茲，逆變器必須立即通過電子方式削減光伏電池板的輸出電量，而不是立即關(guān)停。在“刻板嚴(yán)謹(jǐn)”的歐洲大陸電網(wǎng)中，頻率偏差現(xiàn)象非常少見，但德國(guó)監(jiān)管機(jī)構(gòu)擔(dān)心光伏發(fā)電系統(tǒng)大批關(guān)停會(huì)引發(fā)失穩(wěn)作用，因此強(qiáng)制規(guī)定必須對(duì)逆變器進(jìn)行升級(jí)，所有者和安裝者為此須承擔(dān)大約3億美元的成本。
加州的標(biāo)準(zhǔn)則是由2013年啟動(dòng)的一項(xiàng)合作進(jìn)程開發(fā)而來，這套標(biāo)準(zhǔn)提高了智能逆變器的性能范圍。盡管目前太陽能發(fā)電系統(tǒng)仍會(huì)給加州的電力公司帶來一些問題，但屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)正在飛速發(fā)展——在圣地亞哥煤氣電力公司的服務(wù)區(qū)域內(nèi)，年增長(zhǎng)率超過了40%。加州的智能逆變器標(biāo)準(zhǔn)最初與德國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)要求相仿，但后來要求逆變器在此基礎(chǔ)上變得更加智能。
考慮到電壓調(diào)整，加州的智能逆變器將像德國(guó)的逆變器一樣，平衡光伏發(fā)電系統(tǒng)對(duì)于電網(wǎng)電壓的直接影響。但是，他們還將采用動(dòng)態(tài)方式調(diào)整電壓。如果智能逆變器發(fā)現(xiàn)電壓超出正常水平的1%，逆變器將吸收額外的無功功率。而如果輸電線電壓降到正常值以下（當(dāng)經(jīng)過的云層突然抑制光伏發(fā)電系統(tǒng)時(shí)會(huì)發(fā)生這種情況），智能逆變器將通過注入無功功率為光伏發(fā)電系統(tǒng)提供支持。
實(shí)際上，逆變器相當(dāng)于安裝在公用配電站中用于管理高壓電線中流經(jīng)電流的小型靈活交流輸電系統(tǒng)（FACTS）設(shè)備。而這種作用最終會(huì)令逆變器成為一項(xiàng)正式存在并時(shí)時(shí)發(fā)揮作用的裝置。在夜間，當(dāng)光伏電池板停止工作之后，逆變器仍將使用電網(wǎng)電力繼續(xù)運(yùn)行。
圣地亞哥煤氣電力公司首席工程師邁克爾?特納（Michael Turner）表示，加州將鼓勵(lì)安裝太陽能系統(tǒng)的用戶在未來幾個(gè)月內(nèi)開始使用智能逆變器。同時(shí)，他還預(yù)期逆變器制造商會(huì)進(jìn)行硬件升級(jí)，從而令現(xiàn)有逆變器具備標(biāo)準(zhǔn)所要求的高級(jí)功能。
與此同時(shí)，關(guān)于將加州的升級(jí)更新納入管理配電設(shè)備的IEEE 1574標(biāo)準(zhǔn)的工作正在進(jìn)行之中，這將加速智能逆變器在整個(gè)美國(guó)投入使用。
位于加州博爾德河的Xanthus國(guó)際咨詢公司的總裁兼CPUC的智能逆變器技術(shù)顧問弗朗西斯?克里夫蘭（Frances Cleveland）指出，加州的這項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)在2016年年中之前甚至無法形成一項(xiàng)強(qiáng)制性規(guī)定。但是，她表示，這一理念的意義在于為電力公司提供時(shí)間，以便他們能夠設(shè)計(jì)出適合其系統(tǒng)的逆變器的最佳設(shè)置。他們應(yīng)注意的一個(gè)潛在問題是相同輸電線上的多個(gè)以動(dòng)態(tài)方式調(diào)整電壓的智能逆變器之間的電流反饋——部分逆變器會(huì)吸收其他逆變器生成的無功功率。
對(duì)逆變器的協(xié)調(diào)實(shí)時(shí)控制會(huì)解決這一問題，且加州的智能逆變器的共同研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)開始解決智能逆變器和電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商之間的通信連接的標(biāo)準(zhǔn)化問題，以便盡可能地開展實(shí)時(shí)管控。
南加州愛迪生電力公司的史瑞克表示，在未來5年之內(nèi)，分布式逆變器將完全成為電力公司配電控制系統(tǒng)中的集成組件。屆時(shí)，CPUC希望另一個(gè)有可能會(huì)分化目前正在協(xié)同合作的智能逆變器開發(fā)者的問題將得以解決，那就是逆變器所有者是否應(yīng)該為提供電網(wǎng)調(diào)整服務(wù)而得到補(bǔ)償。
作者：Peter Fairley