Перспективы компенсации реактивной мощности в цифровых сетях низкого и среднего напряжения.

Анонс: Финансово-технические сложности при цифровой трансформации электросетей. Перспективы конденсаторов, модулей, батарей, нерегулируемых и автоматических конденсаторных установок повышения коэффициента мощности для цифровых сетей низкого и среднего напряжения

С учетом целей и задач новой Энергетической стратегии России, выхода на уровень национального тренда цифровизации экономики, а также введения в действие с начала года пакета стандартов, в том числе новых версий ГОСТ IEC/TR 61000-3-6-2020 и ГОСТ IEC/TR 61000-3-7-2020 (см. более детально здесь) и стандартов ПАО «РОССЕТИ», можно с высокой вероятностью предположить, что уже в ближайшей перспективе цифровые электросети для объектов разного назначения станут нормой.

Вместе с тем, наивно было бы предполагать, что:

• силовые сети действующих предприятий будут строиться с «нуля» и/или хотя бы модернизироваться при достаточной финансово-технической поддержке со стороны государства или отраслевых министерств.
  Традиционно для нашей страны «утопающим» стоит надеяться только на себя, и тем более в условиях, когда планируется реформа цифровой трансформации электросетей:
  - глобальная, т.е. «утопающих» будет очень много и даже при реализации Минпромторгом (или другими министерствами) соответствующих реальных проектов поддержки на всех явно не хватит;
  - «снизу-вверх», а значит платить за реформу «в пакете» придется с бюджета предприятия, о чем свидетельствует внесение в перечень мероприятий «прорывного рывка» энергетической стратегии внедрение «планирования (прогнозирования) и управления энергетической инфраструктурой и энергоприемниками на стороне потребителей электрической энергии, обеспечивающие минимизацию стоимости потребляемых энергетических ресурсов за счет оптимизации режимов работы технологического оборудования у потребителей»;
• эксплуатируемые силовые сети промышленных и непромышленных объектов с их морально и технически устаревшим оборудованием, в том числе релейными установками компенсации реактивной мощности «вольются» в цифровую сеть без проблем.

По сути, силовая сеть с ее компонентами, коммутациями в «цифровом формате» становится контролируемой и оперативно управляемой программно-аппаратными комплексами, телекоммуникация с которыми должна быть стабильной, надежной, что реально возможно только в «чистых» сетях без искажений гармониками и перетоками реактивной мощности.

Конденсаторные установки повышения коэффициента мощности в цифровых сетях низкого и среднего напряжения.

При подготовке силовой сети низкого или среднего напряжения к цифровой трансформации следует понимать, что далеко не все оборудование нужно менять, модернизировать и отнюдь не все «инновационные» решения стоит использовать на своем объекте.

Так, в сегменте технических средств компенсации реактивной мощности были и останутся актуальными в цифровых сетях конденсаторы, модуля, батареи и нерегулируемые конденсаторные установки, которые использовались для «срезания» фоновой потребности в реактивной энергии. По сути, как бы не называли сейчас или в перспективе силовую сеть под контролем программно-аппаратного комплекса АСУ (автоматической системы управления), обеспечение электроэнергией производственно-технологического процесса и инфраструктуры объекта будет сталкиваться с традиционными проблемами.

Это - набросы токов, снижение или перенапряжения, потери активной энергии и определенная доля реактивной мощности, постоянно востребованной устоявшейся системой и формируемая системами инженерно-технического обеспечения, трансформаторами, электродвигателями на «холостом ходу», электромагнитными полями кабелей и т.д. Такой «фон» реактивной мощности эффективно нивелируется конденсаторами, конденсаторными модулями, батареями с «ручным» управлением и подобную «рутину» абсолютно нецелесообразно перекладывать на автоматические установки или, тем более, очень дорогие активные фильтры гармоник АФГ (или их «урезанные» версии типа «генераторов реактивной энергии»).

В свою очередь вряд ли стоит бездумно покупать АФГ и особенно с настройками для работы (помимо прочего) на фундаментальной частоте и гармониках первых порядков, где необходима большая мощность генерации, а значит соответственно значительная мощность и цена полевых транзисторов в управляющем и силовом блоках.

Автоматические конденсаторные установки компенсации реактивной мощности.

На текущий момент следует признать, что перевод коммутации ступеней автоматической конденсаторной установки на бесконтактные полупроводниковые вентиля и управление программируемым контроллером, решает проблему адаптации УКРМТ с цифровой сетью не в полной мере. Так, тиристорные ключи практически нивелируют броски тока и перенапряжения при (соответственно) подключении и отключении конденсаторных батарей, снимают ограничения по числу и (условно) частоте коммутаций, но дискретность генерации реактивной мощности остается, и она тем более выражена, чем больше мощность и меньше число ступеней в установке.

По сути, последние пару десятков лет разработчики силовых конденсаторов и сборщики конденсаторных установок шли по пути укрупнения элементной базы (по мощности), что позволяло снизить материалоемкость сборки и габариты шкафов. Однако теперь для более «плавного» регулирования мощности нужно повысить число подключаемых ступеней (батарей или конденсаторов), подбирая их с разной мощностью для увеличения числа возможных вариантов коммутаций. Так, для традиционной 3-хступенчатой УКРМ могут быть варианты работы 1;1:2;1:3;2;2:3;3;1:2:3 (7 вариантов), ограничиваемых временем разряда отключаемой ступени (чем выше емкость, тем больше время разряда), а при 4 ступенях число вариантов возрастает до 15 (1;2;3;4;1:2;1:3;1:4;2:3;2:4;3:4;1:2:3;1:2:4;1:3:4;2:3:4;1:2:3:4).

По факту в идеале с помощью контроллера с прогрессивным программным обеспечением, тиристорных ключей и набора силовых конденсаторов разной емкости можно добиться (условно) «плавной» генерации реактивной мощности, а возможные риски небольшого дефицита или профицита емкостной энергии нивелировать маломощным и недорогим шунтирующим реактором.