Нестабильность современных энергосистем, ее основные причины и факторы, усугубляющие проблему. Качество электроэнергии и качество поставок электроэнергии. Пути и решения проблемы нестабильности энергосистем, качества поставки и качества поставляемой электроэнергии.
На текущий момент все более очевидным становится факт, что нормативно-правовые акты, регламентирующие качество электроэнергии, по факту являются больше декларативными, причем вне зависимости от ответственности поставщиков электроэнергии, владельцев распределительных сетей и национальной принадлежности энергосистемы. С проблемой нестабильности энергосистем сталкиваются и в России, США, Канаде и т.д., где масштабы энергосистем и объемы вырабатываемой/потребляемой мощности очень велики, и в небольших государствах (Италии, Швеции, Дании и др.) с небольшими объемами генерируемой мощности в сравнении с импортируемой электроэнергией. А поставщики электроэнергии и владельцы распределительных сетей, по сути, не способны гарантировать стабильное по нормируемым показателям и долговременное качество поставляемой электроэнергии, поскольку их сегменты контроля и управления с одной стороны чрезвычайно зависимы от общей стабильности глобальной энергосистемы, с другой — от сложно предсказуемой потребительской нагрузки.
Теоретически идеальной можно считать энергосистему из двух генераторов (основной и резервный), контролируемой потребительской нагрузки, устройств компенсации реактивной мощности, предельно упрощенного каскада понижающих трансформаторов и минимальной длины токопроводящих линий с полной автоматизацией и диспетчерским контролем для обеспечения баланса между потреблением и генерацией электроэнергии и устранения рисков возмущений по току, напряжению и частоте. В реалиях энергосистема формируется электростанциями с большим числом генераторов, протяженными линиями электропередач, связывающими генерирующее оборудование с понижающими подстанциями, подстанции разного напряжения между собой и подстанции 10 (6)/0.4 кВ распределительных сетей с потребителем (нагрузкой), а также устройствами компенсации реактивной мощности — конденсаторными установками высокого напряжения на стороне высшего напряжения 6(10) кВ на подстанции 10 (6)/0.4 кВ, конденсаторными установками 6,3 (10,5) кВ на стороне низшего напряжения на подстанции 110 (35)/10 (6) кВ, конденсаторными установками 0.4 кВ на стороне низшего напряжения на подстанциях 10 (6)/0.4 кВ или у потребителя.
При увеличении площади охвата поставок электроэнергии (в развитых государствах по факту — площади территории страны) растет протяженность ЛЭП, количество подстанций, генерирующего оборудования, КРМ 6,3 (10,5) кВ, КРМ 0.4 кВ и т.д. Рост численности населения, степени индустриализации, уровня комфорта жизни влечет за собой повышение нагрузки на энергосистему, что в совокупности с разветвленной и масштабной энергосетью определяет большие риски нестабильности энергосистемы и, как следствие, увеличивает риски поставки некачественной электроэнергии.
Важно: Вряд ли корректно сегодня рассматривать только качество поставляемой электроэнергии по показателям, регламентируемым стандартами. Следует говорить и о качестве самой поставки, т.е. стабильности электроснабжения и возможности потребления заказанных/оплаченных мощностей. Так, для простого обывателя недолговременный перебой в электроснабжении это не катастрофа, а падение сетевого напряжения в худшем случае приведет к выходу из строя блоков питания современных электробытовых приборов. В то же время обесточивание или отключение при недостатке мощности задействованных в технологическом процессе трансформаторов или электродвигателей на производстве, как минимум вызовет существенные финансовые потери, а в определенных ситуациях — сорвет поставки продукции/услуг и негативно повлияет на отношения с партнерами и клиентами.
Пути и решения проблемы нестабильности энергосистем, качества поставки и качества поставляемой электроэнергии.
В целом проблема нестабильности энергосистем сегодня решается двумя путями:
— внедрением систем управления энергопотреблением (EM), глобального позиционирования (GPS), phasor измерений (PMU), диспетчерского управления и сбора информации (SCADA), защиты схем управления (SPS), глобального мониторинга, защиты и управления (wide-area monitoring, protection, and control systems — WAMPAC) и др. По сути, это решение проблемы «сверху» путем постоянного мониторинга базовых показателей электроэнергии на шинах подстанций разного уровня, передачи данных по защищенным каналам WLAN сетей на накопитель информации системного администратора, анализа ситуации по разработанным алгоритмам и превентивных мер по устранению рисков нестабильности.
Упрощенно в реальном времени оценивается нагрузка подстанций и линий передач, текущие потребности в активной/реактивной мощности, состояние баланса генерации и потребления, а реагирование заключается в подключении/отключении и/или увеличении/уменьшении мощности генераторов, отключении нагрузки, переброске мощности между распределительными сетями с разной нагрузкой и т.д., и т.п. В определенной степени такое управление решает проблемы, вызванные внешними факторами (стихийные бедствия, удары молнией и т.д.), техническими неполадками (пробои, короткие замыкания), отчасти — сложно прогнозируемой нагрузкой, обеспечивает условную стабильность энергосистемы, в какой-то мере — качество электроэнергии, но не качество поставки электроэнергии потребителю;
— установкой устройств компенсации реактивной мощности, недостаток/избыток которой по факту в большей степени влияет на стабильность энергосистемы, качество поставок и качество поставляемой электроэнергии. Здесь проблема решается, как «снизу» внедрением КРМ 6,3 (10,5) кВ и КРМ 0.4 кВ непосредственно у потребителя, так и в «среднем звене» энергосистемы – использованием конденсаторных установок высокого напряжения на стороне высшего напряжения 6(10) кВ 10 (6)/0.4 кВ или конденсаторных установок 6,3 (10,5) кВ на стороне низшего напряжения 110 (35)/10 (6) кВ на подстанциях владельцев распределительных сетей.
