Текущее состояние сетей низкого среднего напряжения в аспектах перетоков реактивной энергии на частоте 50 Гц и неактивной мощности на нефундаментальных частотах. Конденсаторные установки 6,3 (10,5) и активные фильтро-компенсирующие устройства в решении проблем перетоков неактивной мощности.
Распределительные и потребительские промышленные сети сегмента низкого среднего напряжения 6,3-10,5 кВ (пп. 3.1.12 ГОСТ 32144-2013 и классификация IEEE, ETSI, IEC, VDE) на текущий момент стали буфером между электростанциями с магистральными линиями поставщиков электроэнергии и сетями напряжения менее 1кВ, de facto ответственными за основную долю трансфера неактивной мощности (неактивная мощность по IEEE 1459-2010). Причем, согласно статистике ПАО «ФСК ЕЭС», до 8 % потерь электроэнергии, генерируемой электростанциями, приходится на долю сетей 6,3 (10,5) кВ, и они, преимущественно, обусловлены потерями активной энергии при трансфере неактивной мощности и отнюдь не только ее фундаментальной составляющей на частоте 50 Гц.
В той или иной мере вопросы перетоков реактивной мощности на фундаментальной частоте решили конденсаторные установки 6,3 (10,5) кВ, устанавливаемые по стороне низшего или высшего напряжения соответственно на трансформаторных подстанциях напряжением 110 (35)/10 (6) кВ и 10 (6)/1 (0.4) кВ, а также используемые в силовых сетях промышленных объектов среднего напряжения по способу централизованной, групповой, индивидуальной (чаще комбинированной) компенсации. Вместе с тем, УКРМ 6,3 (10,5) релейного типа, как и их быстродействующие аналоги с управлением контроллерами на тиристорных ключах, далеко не всегда справляются с нестабильными и сложно прогнозируемыми перетоками реактивной энергии на фундаментальной частоте.
Кроме того, ежегодно растет объем наброса доли неактивной мощности на нефундаментальных частотах, где конденсаторные установки 6,3 (10,5) кВ буквально бесполезны и в лучшем случае могут быть защищены от рисков резонанса пассивными фильтрами (дросселями или L-C колебательными контурами).
Т. е. пока проблема компенсации реактивной мощности на частоте 50 Гц и локализации источников возмущений в сетях 6,3 (10,5) кВ остается открытой, хотя уже с 18.01 текущего года (пока формально) начато исполнение приказа Минэнерго РФ от 14.05.2019 No 465, где установлены правила и п. 4 разд. II определены объекты технического освидетельствования напряжения 1 кВ и выше, в число которых включены силовые конденсаторы, а также конденсаторные установки и более прогрессивные статические компенсаторы, по сути, являющиеся активными фильтро-компенсирующими устройствами (АФКУ).
Более жесткие требования предъявляют к абонентским потребительским сетям, регулируемым «Правилами недискриминационного доступа...», в п.14 раздела II которых постановлениями правительства РФ № 937 и № 1622 внесены изменения. Согласно им, в обязанности владельца сети входит не только поддержание в соответствующем состоянии оборудования по компенсации неактивной мощности (п. «в»), но и обеспечение на границе балансовой принадлежности как параметров качества электроэнергии (по ГОСТ 32144-2013 и договору), так и определенного соглашением соотношения активная/реактивная энергия (мощность), потребляемой из распределительной сети.
Возможные пути решения перетоков неактивной мощности по сетям 6,3 — 10,5 кВ с помощью УКРМ 6,3 (10,5) и/или АФКУ
Активные фильтро-компенсирующие устройства, предлагаемые сегодня на отечественном рынке под разными маркетинговыми названиями от активных фильтров гармоник до генераторов реактивной энергии, по факту — конвертеры электроэнергии фундаментальной частоты в токи того же напряжения, но с амплитудой и частотами «по запросу» и в противофазе токам искажений.
Т. е. вне зависимости от частоты тока искажений (50 Гц, гармоник, интергармоник) АФКУ по сигналу интеллектуального контроллера в течение полупериода инвертирует и «выплескивает» в сеть противотоки нужной амплитуды , а также нивелирует искажения, как реактивные (индуктивные или емкостные) на фундаментальной частоте (реактивная мощность), так и на нефундаментальных частотах — мощность гармоник, мощности искажений тока и/или напряжения.
АФКУ могли бы заменить действующие по такому же принципу, но только в направлении нивелирования индуктивных токов на частоте 50 Гц, конденсаторные установки 6,3 (10,5) кВ, однако их применение существенно ограничивает значительная стоимость полупроводниковых схем силовой части и интеллектуального контроллера, где львиную долю формирует цена биполярных транзисторов с изолированным затвором, тем более высокая, чем больше мощность полупроводников и АФКУ в целом. Поэтому оптимальным, с финансовой точки зрения, решением являются варианты совместной интеграции УКРМ 6,3 (10,5) и АФКУ, в котором исключена ветка генерации противотока на фундаментальной частоте.
Дополнительно снизить мощность (и стоимость) АФКУ можно:
- делегированием компенсации искажений гармоник низких порядков эффективным пассивным фильтрам, интегрируемым в комплектное АФКУ или подключаемым в виде отдельного блока;
- интеграцией АФКУ вблизи источника гармонических искажений — в распределительных сетях 6,3 (10,5) кВ на ТП 10 (6)/1 (0.4) кВ, в промышленных сетях непосредственно возле нелинейной нагрузки среднего напряжения.
