В статье затронуты вопросы взаимосвязи изменения концепции гармоник и их негативного влияния на качество электроэнергии со стартом цифровой трансформации электросетей; гармонические искажения в сетях разного напряжения, а также активные фильтры гармоник для цифровых сетей.
Установленный президентом и Правительством России курс на цифровизацию экономики, в том числе определенный новой «Энергетической стратегией» страны план цифровой трансформации электроэнергетики, по факту объединяющей разные отрасли поставкой энергоносителя по силовым сетям разного напряжения, определили усиление интереса к реальному повышению качества используемой электроэнергии и надежности электроснабжения.
В этой связи VII федеральный конгресс «Приоритеты-2024» в декабре текущего года, на круглый стол по энергетике которого была приглашена и компания «МИРКОН», будет рассматривать ряд вопросов по цифровой трансформации отрасли и в их числе по внедрению в сети цифровых, инновационных, наукоемких технологий и оборудования. В то же время, технический комитет по стандартизации ТК 016 Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии к осени завершил публичное обсуждение пакета проектов стандартов, которые в совокупности с действующими с 01.01.2021 ГОСТ IEC/TR 61000-3-6-2020 и ГОСТ IEC/TR 61000-3-7-2020 (актуализированные версии IEC/TR 61000-3-14 2019 года) определяют критическое значение проблемы гармоник и базовые положения проектирования, эксплуатации фильтров для их устранения.
Гармонические искажения в сетях разного напряжения
Буквально в течение года в нашей стране существенно изменились сама концепция генерации, эмиссии гармоник и их негативного влияния на качество электроэнергии, о чем свидетельствуют:
- ожидающий принятия проект ГОСТ Р (рецепция IEC TR 62001-2:2016), где определено наличие миграции гармоник*, а также сверх- и интергармоник между сетями сверхвысокого, среднего и низкого напряжения, причем низковольтные сети не только являются наиболее интенсивным источником эмиссии, но и оказываются наиболее загрязненными перетоками с сетей более высокого уровня напряжения из-за меньших амплитуд токов короткого замыкания.
- ГОСТ IEC/TR 61000-3-6-2020, установивший (в совокупности с ГОСТ IEC/TR 61000-3-7-2020) нормы эмиссии гармоник в РОЕ или РСС, а также ответственности сторон по их соблюдению.
Активные фильтры гармоник для цифровых сетей
На текущий момент для эффективной и практически полной локализации источников гармонических возмущений пригодны только активные фильтры гармоник (или активные фильтро-компенсирующие устройства — АФКУ).
Несмотря на высокую стоимость, активные фильтры гармоник:
- могут быть финансово доступными, если их мощность снижена благодаря использованию пассивных фильтров для шунтирования гармоник первых порядков, тиристорных установок компенсации реактивной мощности для устранения искажений на фундаментальной частоте, а также при установке АФГ максимально ближе к источнику эмиссии гармоник для исключения других мощных нагрузок;
- окупаются благодаря прямой финансовой выгоде — уменьшению счетов за электроэнергию за счет снижения потерь активной мощности, а также повышения точности работы приборов учета электроэнергии.
Справка
В IEC TR 62001-3:2016 и отечественной рецепции стандарта (на текущий момент проект ГОСТ Р) на примере типовой преобразовательной подстанции показана зависимость реактивного и активного сопротивления сети на гармониках до 49-го порядка, и по приведенному годографу видно, что гармоники высоких порядков обуславливают высокие значения активного сопротивления, а значит и потерь активной энергии.
Кроме того, различные индуктивные и емкостные сопротивления гармоник (положительные и отрицательные значения на оси реактивного сопротивления) определяют высокие риски последовательных, параллельных резонансов, а значит и снижение надежности силовой сети и качества электроэнергии.
*В действительности речь идет не о простой миграции гармонических искажений через преобразовательную подстанцию, а о перегенерации гармоник преобразователями, вставками постоянного тока, трансформаторами, причем, как порядков 6k — 3 (k — целое число), так и неканонических гармоник токов последовательностей n±2, пульсирующих 2n и т. д. (n — номер гармоники). Это определяет необходимость проведения полного анализа силовой сети по пакету параметров EN 50160 или IEC 61000-4-15, причем не только в точке оценки (РОЕ или point of evaluation по терминологии ГОСТ IEC/TR 61000-3-6-2020), а лучше по обе стороны точки общего присоединения (РСС или point of common coupling) для определения оптимально способа и/или технического средства для выхода на нормируемый уровень электромагнитной совместимости.
