Технические решения для подготовки силовых сетей промышленности к цифровой трансформации

Анонс: «Цифровая» демагогия и реальные задачи подготовки силовых сетей к переходу на «цифру». Традиционные и новые загрязнения силовых сетей промышленных объектов. Технические решения для подготовки силовых сетей промышленности к цифровой трансформации.

В условиях национального тренда цифровой экономики (европейская версия - Industry 4.0 или четвертая промышленная революция) вопросы подготовки силовых сетей к переходу на «цифру» приобретают ключевое значение, поскольку именно на электросетях построены практически все отраслевые предприятия, инфраструктура, а в существующих АСУ ТП силовые кабели зачастую используются и для передачи информационных, управляющих сигналов на высокой частоте. Наряду с этим, менеджментам и/или отделам энергетика промышленных (или непромышленных) объектов следует понимать, что популярная сегодня терминология типа «роботизации, киберфизических систем, искусственного, нейронного интеллекта Интернета систем/вещей/всего, умных фабрик» и пр. не более, чем лозунги на фоле демагогии, во всяком случае сегодня и в ближайшей перспективе.

Так, «роботизированные» линии «умных фабрик» по факту оборудованы теми же станками с ЧПУ (computer numerical control) более современных версий с расширенными возможностями по функциональности и управлению, а в «киберфизическая система» с «искусственным, нейронным интеллектом» отличается от текущих версий автоматических систем управления только «начинкой» программно-аппаратного комплекса, числом и уровнем датчиков и контроллеров в электросети. Т.е. эксплуатируемые АСУ будут усовершенствоваться, на предприятиях с «ручным управлением» - внедряться новые, а силовую сеть это затронет только в направлениях:

• модернизации групп оборудования, влияющих на производственно-технологический процесс;
• интеграции максимально возможного количества датчиков для сбора информации и контроллеров для управления оборудованием, поскольку в соответствии с законом необходимого разнообразия кибернетики число возмущений в системе должно быть компенсировано не меньшим количеством управляющих воздействий;
• очистки силовой сети от всех возможных искажений, но преимущественно по току – набросам индуктивных, реактивных токов на фундаментальной (50 Гц) и всем нефундаментальным частотам вплоть до 49-гог порядка.

Традиционные и новые загрязнения силовых сетей, мешающие цифровой трансформации.

По сути, цифровая сеть – конгломерат силовой и информационной сетей, причем в ряде решений экономически целесообразно осуществлять телекоммуникации между датчиками, контроллерами нагрузки и программно-аппаратными комплексом АСУ непосредственно по силовым кабелям с помощью высокочастотных сигналов.

Как при использовании силовых кабелей, так и прокладке слаботочных сигнальных линий (из-за электромагнитного влияния силовой сети) прохождению информационных восходящих и командных нисходящих (от программно-аппаратного комплекса АСУ) в требуемых объеме и скорости будут мешать активные и реактивные токи во всем спектре частот. Но если активную (полезную) энергию нужно сохранить про возможности без потерь, то реактивную придется нивелировать, причем это и традиционная реактивная мощность (индуктивного или емкостного характера) и токи гармоник, которые, как генерируются нелинейной нагрузкой, так и «мигрируют» с других сетей, в том числе более высокого уровня напряжения (см. о нормах эмиссии гармоник между сетями разного напряжения в новых версиях ГОСТ IEC/TR 61000-3-6-2020 и ГОСТ IEC/TR 61000-3-7-2020 здесь).

Т.е. при переходе в «цифровой формат» силовая сеть должна быть максимально возможно (а официально до пороговых норм коэффициента реактивной мощности в Приказе Минэнерго N 380 от 23.06.2015, уровня эмиссии гармоник в ГОСТ IEC/TR 61000-3-6-2020 и ГОСТ IEC/TR 61000-3-7-2020) очищена от набросов токов во всем спектре частот от фундаментальной до 49-го порядка и сегодня это типовыми техническими решениями компенсации реактивной мощности сделать нереально.

Технические решения для подготовки силовых сетей промышленности к цифровой трансформации.

Условно все технические средства очистки силовых сетей промышленности при подготовке к цифровой трансформации можно разделить по целевому назначению на:

• автоматические конденсаторные установки для компенсации реактивной мощности индуктивного характера на фундаментальной частоте, причем обязательно с тиристорным управлением, обеспечивающим время отклика не более требований ПАО «Россети» (до 20 мс).
  Условным «исключением из правил» остаются нерегулируемые конденсаторные установки и батареи, используемые для компенсации «фоновой» (постоянной) потребности в реактивной мощности, но все релейные автоматические УКРПМ должны быть заменены или модернизированы до УКРМТ с тиристорными ключами (см. о модернизации эксплуатируемых УКРМ до уровня цифровых сетей здесь);
• шунтирующие реакторы на тиристорных ключах для декомпенсации реактивной мощности – используются для нивелирования наброса емкостных токов на фундаментальной частоте (см. об управляемых реакторах, коммутируемых тиристорными ключами здесь).
  
  Важно!

  Для снижения (или нивелирования) рисков недо- или перекомпенсации с их существенным негативным влиянием на параметры качества электроэнергии (см. более подробно о негативах недо-, перекомпенсации в этом материале) в подавляющем большинстве силовых сетей промышленных объектов целесообразно использовать сборки УКРМТ с декомпенсирующими управляемыми реакторами типа TSC-TCR (Thyristor-switched Capacitor - Тhyristor-controlled Reactor);
  
  
• генераторы реактивной энергии (Static var generator - SVG) с интеллектуальным контроллером и ведомым трехуровневым (3L) инвертором на биполярных транзисторах, с емкостными и индуктивными накопителями энергии.
  SVG по:
  - факту – урезанные версии активных фильтров гармоник (АФГ), ориентированные (настроенные) на работу с фундаментальной частотой и имеющие меньшую мощность и, соответственно, цену;
  - сути – аналог Thyristor-switched Capacitor & Тhyristor-controlled Reactor сборок (см. более детально о возможностях TSC-TCR сборок здесь);
• настроенные и расстроенные L-C пассивные фильтры для шунтирования (режекторный тип) или блокирования (фильтр-пробка) токов гармоник первых порядков, подключаемые параллельно, последовательно или последовательно-параллельно в виде модулей из последовательно или параллельно включенных емкости, индуктивности и резистора;
• АФГ для демпфирования наброса токов гармоник (при необходимости и емкостных, индуктивных токов фундаментальной частоты), в том числе их финансово доступные версии в сборках с УКРМТ и L-C пассивными фильтрами, снижающими мощность и цену АФГ.