Публикация рассматривает ряд специфических вопросов, в числе которых негативы загрязнений цифровых сетей, вопросы выбора технических средств для оптимизации баланса мощности, а также объективные проблемы компенсации реактивной мощности в цифровых средне- и низковольтных силовых сетях.
В условиях формализованного новой «Энергетической стратегией РФ» перехода на цифровые, а по факту гибридные информационно-силовые сети, вопросы очистки силовых сетей от любых искажений параметров качества электроэнергии приобретают критическое значение, причем вне зависимости от используемых средств телекоммуникации силового оборудования, информационных датчиков с одной стороны и серверами программно-аппаратного комплекса автоматической системы управления (АСУ).
Так, при использовании силовых кабелей для передачи на высокой частоте информационных (от датчиков, контроллеров оборудования) и командных сигналов (с серверов программно-аппаратного комплекса) реактивные токи на фундаментальной частоте, а особенно токи гармоник из-за скин-эффекта снижают пропускную способность скин-слоев, скорость транзита пакета данных, искажают сигнал. В свою очередь, слаботочные и беспроводные линии связи подвергаются негативному воздействию электромагнитных полей, создаваемых силовыми кабелями и определяемых, как амплитудами токов спектра частот, так и эффектом близости проводников.
В этой связи можно признать безусловным факт, что проблему сетевых «загрязнений» нереально решить типовой компенсацией на фундаментальной частоте с помощью конденсаторных установок, а для расчетов и оптимизации баланса полной, активной, реактивной энергии корректно использовать не традиционный треугольник, а параллелепипед мощности.
Вместе с тем, даже с регулированием баланса мощности на фундаментальной частоте в цифровых средне- и низковольтных силовых сетях сегодня остаются проблемы — объективные, обусловленные спецификой работы технических средств компенсации, и субъективные, ответственность за которые лежит на производителях конденсаторных установок и... самих заказчиках-покупателях.
Так, несмотря на требования нормативно-правовых актов, определяющих нормы коэффициентов реактивной мощности tg j для сетей разного напряжения, производители УКРМ предлагают, а заказчики-покупатели осуществляют выбор конденсаторных установок по коэффициенту мощности cos j, хотя даже при cos j=0.99 доля реактивной составляющей в полной энергии 13.7 % (см. таблицу). Кроме того, продают и покупают дешевые релейные конденсаторные установки, которые даже при автоматическом управлении полностью непригодны к работе в цифровых сетях, а собственно выбор осуществляется без проведения энергоаудита объекта и анализа сети по пакету параметров, включая высшие гармоники.
Объективные проблемы компенсации реактивной мощности в цифровых средне- и низковольтных силовых сетях
Традиционно компенсация реактивной мощности в сетях низкого и среднего напряжения осуществляется конденсаторными установками — нерегулируемыми, с ручной коммутацией и автоматическими, как правило, релейного (контакторного) типа. С переводом силовых сетей на «цифровой» формат повышается жесткость требований к времени отклика оборудования на управляющие сигналы АСУ (по требованиям ПАО «Россети» не более 20 мс), а значит все автоматические УКРМ (или иные аббревиатуры конденсаторных установок) должны быть переведены на коммутацию тиристорными ключами под управлением программируемого контроллера с интерфейсом телекоммуникации с программно-аппаратным комплексом АСУ по определенному протоколу связи.
Вместе с тем, тиристорная коммутация ступеней при всех своих позитивах (нивелирование бросков тока при включении, перенапряжений при отключении ступени, возможность частых коммутаций через каждые 2 мс), не решает основной проблемы конденсаторных установок — дискретности. De facto число коммутаций ступени в единицу времени в тиристорных УКРМТ будет определять не скорость срабатывания полупроводникового ключа, а скорость разряда конденсаторов в батарее, зависящая от ее мощности и используемых разрядных устройств.
Дополнительные ограничения на частоту коммутации ступеней накладывает устанавливаемая зона нечувствительности контроллера (по напряжению или реактивной мощности — обычно в пределах от 0.5 до 1.5 минимальной мощности ступеней), причем лучшие на текущий момент «адаптивные» контроллеры уменьшают, но отнюдь не нивелируют эту зону.
Т.е. по факту даже тиристорная конденсаторная установка создает в сети то дефицит, то профицит реактивной энергии, что никак нельзя считать эффективным в аспектах оптимизации баланса мощности и очистки сети от искажений. Пока единственным финансово доступным решением этой проблемы является дополнительная комплектация УКРМТ (или УКРМТФ) шунтирующим реактором, управляемым тиристорными ключами (Тhyristor-controlled Reactor, TCR), который будет нивелировать набросы индуктивных или емкостных токов.