Программируемые логические контроллеры в управлении неактивной мощностью.

Анонс: Основные проблемы построения цифровых электросетей в нашей стране сегодня. Программируемые логические контроллеры в управлении неактивной мощностью.

Если говорить о «цифровой» электросети, задекларированной в обновленной Энергетической стратегии России, то сама возможность ее существования зависит от эффективности устранения любых помех для работы и силового оборудования, и телекоммуникаций с более высокими уровнями автоматической (в отдельных случаях автоматизированной) системы управления. Причем основной проблемой в нашей стране сегодня становится не столько нивелирование перетока реактивной мощности на фундаментальной частоте и даже устранение гармонических искажений на нефундаментальных частотах (см. о неактивной мощности на нефундаментальных частотах в этом материале),с чем в той или иной мере справлялись (условно) на промышленных объектах и в распределительных сетях, сколько эффективное, оперативное и, безусловно, экономичное управление «очисткой» электросетей.

Обусловлено это тем, что:

• во-первых, после десятилетий «реализации» программ импортозамещения страна после введения санкций практически осталась без программируемых логических контроллеров (ПЛК, Programmable Logic Controller – PLC), а Минпромторг России пока преимущественно ориентирован на развитие IT отрасли, а не производство самих ПЛК;
• во-вторых, агрессивно популяризуемые нейро- и искусственный интеллект, технологии больших данных, киберфизических систем, предиктивного (прогнозного) управления на базе «цифровых двойников» (Digital Twins) и пр. были и пока будут оставаться не более, чем декларациями, поскольку буквально оторваны от реальности, продвигаются, как правило, технически безграмотными людьми, в лучшем случае программистами, далекими от производства на промышленных объектах.

Defacto пока оптимальным решением эффективного управления нагрузкой и очисткой сети остаются контроллеры с программируемой логикой, выступающие в роли связующего звена между собственно оборудованием, техническими средствами (компенсации реактивной мощности, нивелирования гармоник) и ПК, серверами диспетчерского и управленческого уровней любой автоматической (или автоматизированной) системы управления. Однако они в настоящее время в остром дефиците, причем нет не программного обеспечения, как решили в Минпромторге, а собственно «железа», без которого любые программы будут не более, чем набором символов на бумаге.

Программируемые логические контроллеры в управлении неактивной мощностью.

В целом любой контроллер с программируемой логикой имеет типовую архитектуру (см. этот материал) (ссылка на APFC или унифицированный контроллер) и ключевым компонентом устройства является микропроцессор:

• обрабатывающий входные сигналы от датчиков, трансформаторов тока, напряжения, рассчитывающий мгновенные значения мощности, реактивной, активной составляющей, коэффициенты гармонических искажений, мощность гармоник и т.д.;
• анализирующий данные по предустановленной программе и формирующий управляющие сигналы для реле, свитчей на подключение или отключение ступени конденсаторной установки и/или генерацию индуктивностью определенной мощности емкостного или индуктивного (соответственно) характера.

Выходы контроллера с программируемой логикой могут быть дискретными – релейными, тиристорными, семисторными, цифровыми транзисторными, или аналоговыми с динамическим нарастанием/убыванием управляющего сигнала. Наиболее медленными по скорости реакции являются релейные выходы (от 8-10 секунд), они ограничены и по частоте коммутации из-за быстрого износа электромеханических контактов. Традиционные SCR- и GTO-тиристоры при сравнительно умеренной цене имеют частоту коммутации не более 0.4 кГц, скорость включения/отключения 10-32 мкс, низкую перегрузочную способность, транзисторы MOSFET с высокой скоростью (до 0.1 мкс), перегрузочной способностью, большой частотой коммутации (500 кГц), но маломощные и дорогие.

Более прогрессивные контроллеры построены на биполярных транзисторах с изолированным затвором (Insulated Gate Bipolar Transistor - IGBT) и интегрированных (с драйвером) тиристорах, коммутируемых через затвор (Integrated Gate Commutated Thyristor - IGCT) с частотой коммутации 3 кГц и 30 кГц, скоростью реакции 10-20 мкс и 0.3-3.6 мкс соответственно, хотя IGCT-тиристоры и IGBT-транзисторы в 3 и 4 раза дороже полууправляемых SCR-тиристоров.

Однако прямое управление коммутацией ступеней-батарей возможно только при наличии тиристорных, семисторных выходов, транзисторы работают на постоянном токе и при их больших преимуществах для подключения/отключения батарей установки необходим дополнительный «силовой» тиристорный свитч или в самой УКРМТ или в виде отдельного промежуточного устройства в виде модуля ПЛК. Контроллеры с релейными выходами ориентированы на работу с контакторными УКРМ, а с аналоговыми выходами могут динамично управлять индуктивностью, исключая риски недо- или перекомпенсации.

Т.е. по факту в современном ПЛК нужно иметь и дискретные, и аналоговые выходы, причем для цифровых сетей управляющие выходы лучше строить на быстродействующих полупроводниковых ключах (транзисторах), используя для согласования с собственно ступенями конденсаторных батарей мощные тиристорные или семисторные свитчи, интегрируемые или непосредственно в устройство, или в виде отдельных коммутируемых модулей.