В статье обоснована необходимость достижения технической достаточности и экономической целесообразности энергокомплекса в условиях цифровой трансформации электросетей. А также рассмотрены вопросы экономии с помощью определённых методов (способов) и новые направления разработки технических средств компенсации реактивной мощности.
Старт цифровой трансформации электросетей, заданный июньской энергетической стратегией страны, по сути, меняет традиционный баланс технической достаточности и экономической целесообразности уровня оборудования в силовых сетях, и отнюдь не в пользу последней, во всяком случае в отношении сроков окупаемости.
Так, силовую сеть любого объекта уже в ближайшей перспективе придется интегрировать с автоматической системой управления (АСУ) с собственными или совместными (по высокочастотной связи через силовой кабель) каналами телекоммуникации, программно-аппаратным комплексом, оборудование дооснащать датчиками, контроллерами управления и т. д., причем, в рамках долгосрочного инвестирования, со сложно прогнозируемым экономическим эффектом.
В свою очередь, в направлении «очистки» силовой сети от искажений параметров качества электроэнергии для эффективной работы всего цифрового комплекса оборудования и средств, традиционный подход к оценке целесообразности экономии электроэнергии по окупаемости капитальных вложений становится неактуальным как минимум на этапе цифровой трансформации. Т. е. сейчас придется инвестировать в средства компенсации реактивной мощности, локализации гармонических возмущений вне зависимости от их сроков окупаемости, а минимальные объемы вложений будут определяться технической достаточностью этих средств для выполнения поставленных задач в условиях цифровой сети.
На чем экономить при нивелировании перетоков реактивной мощности в цифровых сетях низкого и среднего напряжения?
Если абстрагироваться от маркетинговой демагогии, то любая цифровая сеть — та же силовая с дополнительным сегментом целевых электронных технических средств, коммуникаций, дооснащенная датчиками, контроллерами, точечно модернизированная, но в целом использующая тот же пакет оборудования, обеспечивающий функциональность объекта и выполнение производственно-технологического процесса.
Автоматически, без модернизации пролонгируются в цифровую сеть эксплуатируемые технические средства, приборы, оборудование фоновых режимов, в том числе неавтоматические (нерегулируемые) конденсаторные блоки, модули, установки, работающие по демпфированию постоянной потребности в реактивной мощности, а также шунтирующие реакторы и пассивные L-C-фильтры, «срезающие» наброс токов гармоник первых порядков.
Т. е. менять нерегулируемую конденсаторную установку, батарею, компенсирующие конденсаторы фоновых режимов при их наличии на объекте не нужно, а если до перехода на «цифру» использовались только автоматические УКРМ, то снизить мощность и стоимость тиристорных УКРМТ можно за счет интеграции в установку нерегулируемой конденсаторной батареи с мощностью, определенной по результатам энергоаудита силовой сети. Аналогично целесообразно снизить мощность и стоимость активных фильтров гармоник путем применения L-C-контуров для демпфирования гармонических искажений первых порядков с большой амплитудой.
Новые направления разработки технических средств компенсации реактивной мощности
Ключевые требования к техническим средствам компенсации реактивной мощности (на фундаментальной частоте) — оперативность отклика на управляющие сигналы программно-аппаратного комплекса АСУ и максимально возможная плавность регулирования генерации реактивной энергии.
Применение бесконтактных полупроводниковых вентилей (тиристорных ключей) позволяет повысить скорость отклика до одной коммутации в период промышленной частоты без бросков тока и перенапряжений, что перекрывает текущие требования ПАО «Россети» к оперативности реакции на управляющие сигналы и уровню искажений параметров качества электроэнергии в цифровых сетях. Вместе с тем, de facto, в тиристорных УКРМТ частота коммутации ступеней ограничивается скоростью разряда конденсаторной батареи или конденсатора, модуля, выступающего в роли ступени, причем тем сильнее, чем больше их емкость (и, соответственно, мощность).
С другой стороны, УКРМТ с 2-мя ступенями имеет 3 варианта генерации мощности (1;2;1:2), с тремя — 7 вариантов (1;1:2;1:3;2;2:3;3;1:2:3), с 4-мя уже 15 — 1;2;3;4;1:2;1:3;1:4;2:3;2:4;3:4;1:2:3;1:2:4;1:3:4;2:3:4;1:2:3:4) и т. д. То есть при правильном проектировании «наборки» конденсаторов (или блоков, модулей, батарей) и оптимизации зоны нечувствительности, можно обеспечить почти плавное дискретное регулирование генерации реактивной мощности.
Безусловно, «дробление» мощности и переход на условно «бесступенчатую» генерацию реактивной энергии ведет к применению большего числа конденсаторов, а значит и укрупнению сборок (с учетом нормированных зазоров между элементами для эффективного теплоотвода). Вместе с тем использование принудительного охлаждения в шкафах дает возможность более компактно размещать конденсаторы, а многовариантность генерации УКРМТ при управлении контроллером с современным программным обеспечением позволит обеспечить эффективную компенсацию реактивной мощности практически (условно) без рисков пере- или недокомпенсации.
