Пути снижения инвестиций в компенсацию реактивной мощности и нивелирование гармоник. - Качество электроэнергии

Анонс: Особенности инвестирования в цифровую трансформацию силовых сетей объектов в текущих экономических условиях в стране. Пути снижения инвестиций в компенсацию реактивной мощности и нивелирование гармоник.

Простой анализ текущей экономической ситуации в стране позволяет сделать вывод о том, что время для реализации государственной программы «Цифровая экономика Российской Федерации», а также новой Энергетической стратегии России с форсированным «модернизационным рывком» цифровой трансформации электросетей не совсем удачное, ведь:

• негативы, в том числе финансовые от пандемии продолжают усиливаться и пока перспективы отката экономики хотя бы к состоянию конца 2019 года довольно туманные;
• на фоне общего спада продаж и, соответственно, сокращения производства необходимы масштабные инвестиции в цифровую трансформацию силовых сетей любого объекта, поскольку:
  - превалирующая доля оборудования, устройств, технических средств морально устарела, требует замены или модернизации для совместимости с цифровой сетью, как технической, так и электромагнитной, а реальное качество электроэнергии в электросетях не соответствует нормам стандартов;
  - помимо замены оборудования и модернизации сетей менеджментам объектов нужно внедрять «новые технические средства для создания интеллектуальных энергетических систем, включая … интеллектуальные системы учета электрической энергии (мощности), высокочувствительные сенсоры, силовую электронику, устройства релейной защиты и автоматики, средства быстрой коммутации», а также «информационно-технологические платформы 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».

Это определено Энергетической стратегией России и пока даже сложно расценить с учетом нестабильности рынка и повышения жесткости требований к цифровизации на базе отечественных продуктов, «в особенности по ряду направлений, по которым зависимость от иностранных технологий, оборудования, материалов, программного обеспечения и услуг достигла критической отметки, в том числе … автоматизированных систем управления, цифровых систем передачи информации и в целом IT-оборудования в электроэнергетике».

Маловероятно, что ожидаемый в декабре VII Федеральный Конгресс «Приоритеты 2024» сможет «отодвинуть» сроки перехода на цифру электросетей, однако есть надежда, что на круглых столах Конгресса и специализированных секциях будут обозначены и в дальнейшем реализованы финансовые и налоговые инструменты стимулирования и помощи промышленным, непромышленным объектам страны в цифровой трансформации. Тем не менее, пока менеджментам объектов разного назначения придется обходиться своими средствами и (теоретически) это реально, если:

• правильно спланировать организацию цифровой трансформации с небольшими равномерно-распределенными инвестициями сначала в подготовку силовой сети (модернизацию ключевых групп оборудования, очистку сети от перетоков мощности, гармонических искажений) и только затем в интеграцию программно-аппаратного комплекса с телекоммуникационной сетью;
• подбирать финансово доступные, но эффективные в работе отечественные продукты, в том числе технические средства компенсации/декомпенсации мощности, локализации гармонических возмущений, но на основе реальных данных по нагрузкам сети, полученных при полном энергетическом аудите объекта с анализом пакета сетевых параметров с помощью современных методов и устройств диагностики (см. более подробно о мониторинге, регистрации, анализе параметров при исследовании качества электроэнергии в сети здесь).

Пути снижения инвестиций в компенсацию реактивной мощности и нивелирование гармоник.

В условиях четвертой промышленной революции Industry 4.0 (см. подробнее в публикации генерального директора ООО «МИРКОН» Чудакова А.Ю. в 6-м (июньском) выпуске журнала «Главный энергетик») кардинально изменился подход к самой концепции качества электроэнергии и сегодня на смену традиционному «треугольнику» пришел «параллелепипед» мощности, где учитываются негативы, как реактивной мощности на фундаментальной частоте, так и мощностей на всех нефундаментальных частотах (реактивной (емкостной, индуктивной), искажений тока, напряжения, гармоник) согласно IEEE 1459 (см. более детально о балансе мощности в силовых сетях с нелинейной нагрузкой по IEEE 1459 и наиболее популярным теориям здесь). Или проще – для подготовки силовой сети к цифровой трансформации недостаточно компенсировать только реактивную (индуктивную) мощность на фундаментальной частоте, а нужно дополнительно:

• учитывать риски пере- и недокомпенсации, а значит планировать буферную декомпенсацию традиционным конденсаторным установкам УКРМ (см. о комбинированных установках компенсации/декомпенсации типа TSC-TCR здесь, об управляемых реакторах, коммутируемых тиристорными ключами в этом материале);
• нивелировать (или уменьшать до нормативных значений) набросы токов гармоник – четных, нечетных, интергармоник – большого спектра, с чем может справиться активный фильтр гармоник (АФГ – см. более детально об АФГ здесь и в этом материале).

Учитывая требования цифровых сетей к оперативности реакции оборудования на управляющие сигналы от программно-аппаратного комплекса АСУ, любые компенсирующие и декомпенсирующие мощность устройства, АФГ должны работать на быстродействующих бесконтактных ключах (тиристорных, транзисторных), а также иметь порты для связи с телекоммуникационной сетью АСУ. Снизить инвестиции в компенсацию/декомпенсацию реактивной мощности можно использованием комбинированных TSC-TCR установок в централизованной или групповой схемах, причем управляемый реактор здесь может попутно выполнять роль традиционного пассивного фильтра конденсаторной установки и полностью нивелирует негативы переходных процессов при включении/отключении ступеней полупроводниковыми вентилями.

Наиболее дорогие (из-за стоимости биполярных транзисторов с изолированным затвором IGBT - Insulated Gate Bipolar Transistors) пока АФГ, мощность и цена которых может быть снижена при:

• установке максимально ближе к источнику гармонических возмущений;
• комбинации с пассивным фильтром, настроенным на нивелирование гармоник первых порядков.