Финансовые выгоды устранения гармонических возмущений активными фильтрами гармоник (АФГ)

Анонс: Текущее состояние вопроса гармонических искажений в силовых сетях объектов. Финансовые выгоды устранения гармонических возмущений в силовых сетях промышленных и непромышленных объектов.

Несмотря на проведение интенсивных научных изысканий в направлении негативного гармонических возмущений влияния на силовые сети уже не менее двух десятков лет, а также ряд эффективных разработок технических средств (АФГ, АФКУ) для локализации источников искажений сетевых параметров, практический интерес к проблеме гармоник в нашей стране по факту был стимулирован стартом цифровой трансформации электросетей после введения в действие новой Энергетической стратегии России.

Нормативно-правовая база в области стандартизации гармонических возмущений пока только развивается, хотя достаточно активно и в прогрессивном направлении, что подтверждает факт замены с 01.2021 ГОСТ IEC/TR 61000-3-14-2019 по эмиссии гармоник, интергармоник только в низковольтных сетях более актуальными ГОСТ IEC/TR 61000-3-6-2020 и ГОСТ IEC/TR 61000-3-7-2020, которые определяют нормы электромагнитной эмиссии гармоник, сверх- и интергармоник для систем электроснабжения низкого, среднего, высокого и сверхвысокого напряжения в их совокупности при взаимном влиянии, а в п. 5.4 устанавливают ответственности сетевой организации и Пользователя (Абонента сети) по обеспечению этих норм в точке оценки (см. более детально об эмиссии и «миграции» гармоник между сетями разного напряжения в этом материале). Тем не менее, пока не проработаны в полной мере и не формализованы вопросы реальных потерь от гармоник в силовых сетях, финансовой выгоде от интеграции АФГ (или сборок на их основе), а стимул к решению этой проблемы может дать VII Федеральный Конгресс «Приоритеты 2024» в декабре, на круглый стол по энергетике которого была официально приглашена и компания «МИРКОН».

Финансовые выгоды устранения гармонических возмущений в силовых сетях промышленных и непромышленных объектов.

Как и в случае организационных мероприятий или интеграции технических средств повышения коэффициента мощности (см. финансовые выгоды компенсации реактивной мощности здесь), прямое снижение счетов за оплату электроэнергию в результате локализации источников гармонических возмущений АФГ реально возможно за счет снижения потерь активной мощности на передачу неактивной составляющей на нефундаментальных частотах (см. о неактивной мощности на нефундаментальных частотах в этом материале).

На текущий момент теоретически и практически доказан:

• рост потерь активной мощности при увеличении общего коэффициента гармонических искажений тока THD I (Total Harmonic Distortion - THD), что происходит из-за повышения импеданса сети и трансформации электрической энергии в тепловую в проводниках, оборудовании, коммутационных аппаратах и пр.

Зависимость ∆Р от THD I может быть представлена формулой ∆Р = 1 + THD² (I) или графически (см. рис. ниже) и позволяет выполнить приближенную оценку экономической выгоды при уменьшении общего коэффициента гармонических искажений тока с помощью активных фильтров гармоник.

• рост потерь активной мощности из-за скин-эффекта и эффекта близости фазных проводников, обуславливающих повышение активного сопротивления кабельных линий и, соответственно, потери активной энергии.

Потери в каждой фазе (и нулевом проводе) для нелинейных, в том числе несимметричных сетей описываются уравнениями (см. ниже), где ∆Р_А – потери активной мощности (например, фаза А), к_Пv и к_бvф – соответственно коэффициенты скин-эффекта и эффекта близости проводников в кабеле, r_0ф – удельное сопротивление проводника, l_А и d_ф – соответственно длина участка цепи и диаметр фазного проводника, а – среднее расстояние между центрами проводников (для четырехпроводного кабеля а⁶ = l_AB*l_AC*l_BC*l_A0*l_B0*l_C0), f и I_vA – соответственно частота и ток v-той гармоники.

Кроме того, прямое сокращение счетов за электроэнергию при локализации источников гармонических возмущений может происходить за счет нивелирования рисков оплаты:

• надбавок к «тарифу на услуги по передаче электрической энергии (в том числе в составе конечного тарифа (цены) на электрическую энергию)» из-за «нарушений значений соотношения потребления активной и реактивной мощности» (п. 16 «Правил недискриминационного доступа…» в редакции от 29.06.2020).

Это возможно благодаря уменьшению регистрируемых значений и погрешности приборов учета реактивной энергии, показывающих значительные отклонения от реальных величин при больших амплитудах гармоник.

Так, на текущий момент промышленными и непромышленными объектами в основном используются 3 типа «измерительных» счетчиков с различными блок схемами и формулами расчета реактивной энергии (см. рис. ниже).

Видно, что в расчетных формулах реактивная мощность определяется по фундаментальной и всем нефундаментальным частотам, т.е. снижение амплитуд токов гармоник уменьшает и итоговое значение реактивной энергии, а значит и коэффициента реактивной мощности. Кроме того, ряд отечественных и зарубежных исследований показывают, что при определенном соотношении гармоник и величине сдвига фаз между напряжением и током регистрируемые счетчиком значения реактивной мощности могут отклоняться от реальных величин на 8%, а погрешность прибора 6.3%, что значительно для предприятий с большой потребляемой мощностью.

• надбавок (в ближайшей перспективе) к тарифу из-за нарушений нормируемого показателя электромагнитной эмиссии гармоник, свер- и интергармоник в точке оценки (РОЕ - point of evaluation) - точке общего присоединения (РСС - point of common coupling) или точке присоединения (РОС - point of connection), где подключено оборудование с эмиссией электромагнитных помех.

Пока эти надбавки не формализованы, но наверняка будут определены ФСТ России после введения в действие с 01.2021 ГОСТ IEC/TR 61000-3-6-2020 и ГОСТ IEC/TR 61000-3-7-2020, а также разработки соответствующих документов ПАО «РОССЕТИ» и ПАО ФСК ЕЭС.