虚功是什么?为什么台电需要再生能源和储能提供虚功补偿?

虚功是什么?为什么台电需要再生能源和储能提供虚功补偿?


多年前绿学院的产业小聚曾经讨论过电网设计中的实功与虚功,那时大家有听没有懂,多年后我们有了电力交易平台、业界协作的第一套输电级储能案场管理方法学,经验值已大幅提升,现在让我们再挑战一次,不用电学公式也能看得懂什么是虚功,开始!

虚功是什么?

  在交流电系统中,线圈在转的时候每120度有相位互相差120°的交流电,也就是我们常听到的三相,三个方向的电。这个瞬时电压与电流的波形存在的角度(相位)差异,随着负载特性不同(注一),反应在功率表现上就区分为:

  1. 实功率:或称有效功率,简称实功(P)。实功影响频率(f),频率像是人的脉搏
  2. 虚功率:或称无效功率,简称虚功(Q)。虚功影响电压(V),电压像是人的血压

  虚功率照字面意思即无实际做功,也就是说没有实际的能量消耗。因此在计算电费时,只会算实功,不会去计算虚功,用户不需要负担虚功电能费,所以你我都不太熟悉什么是虚功。尤其在家庭用电方面,因用电量低且家电设备消耗的虚功率微乎其微,就不看虚功率的部分。

虚功对电网产生的影响

  其实电力的传输过程中涵盖实功率与虚功率,当电网中很多负载集合起来,就可能拉大瞬时电压与电流的波形相位差,造成电网及负载消耗的虚功率亦越大,若能减少线路上的虚功率流量,就可以有效减少传输电流,减少输电损失。业界用语「实功救频率,虚功救电压」就是描述虚实功对电网产生的影响。因此在工厂用电方面,计费电表除考虑瓩/时(kWh)之外,亦针对虚功率的时间乘积:千乏时(kVarh)有所要求,要求千乏时不得过低,也就是要求功率因数(power factor)不得过低。

为什么台电需要再生能源和储能提供虚功补偿?

  工厂的感应马达是电感器,电感器与电容器皆是虚功率的负载代表,马达就是电感性负载,会消耗虚功,影响到电网整体的虚功率,这就是为什么电力公司要跟你收取功率因数调整费的原因。因此许多工厂会自行安装电容器,自行提供自己需要的虚功率,以改善功率因数,节省电费。

  在电力传输过程虽然需要尽量减少虚功率潮流,但电力系统仍需要足够的虚功率支持才能维持电压稳定。电网上的参与者这么多,大家都要对电压稳定贡献一己之力。风力发电跟上面说的工厂很像,都是马达在转,被要求提供虚功补偿很合理;太阳光电则属于电容性负载,会消耗电网的虚功率,因此电力公司会要求再生能源要具备电压调控及提供虚功补偿。同理,当储能放电的时候,实际上也等于扮演发电机的功能,也会影响电网的电压,因此当储能案场越来越多,电力公司也将开始要求储能系统要有电压调控及提供虚功补偿。

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(注一)所谓负载特性不同指的是该设备是属于哪种被动元件,电阻性负载、电容性负载及电感性负载,例如太阳能就属于电容性负载,会消耗电网的虚功率< /p>

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