Введение
Очередной национальный тренд после энергосбережения, повышения энергоэффективности и импортозамещения — цифровая трансформация экономики, формально заявленная президентом РФ в декабре 2016 в послании Федеральному Собранию и получившая развитие уже в январе следующего года в положениях программы «Цифровая экономика Российской Федерации» (действует версия 04.06.2019), а затем и майских указах главы государства 2017 и 2018 гг. В том же мае 2018 года в соответствие с новым трендом привели Минкомсвязь России, которое стало называться «Министерством цифрового развития», а другие отраслевые органы власти и ведомства стали работать над пакетом стратегий, программ и иных нормативно-правовых актов, позволяющих реализовать поставленные президентом РФ задачи.
В направлении электроэнергетики уже к середине 2018 информационное пространство рунета было заполнено мнениями и даже разработками от «экспертов», изобилующими броскими субъективными терминами от цифровых двойников и квантовых пакетов до мультиагентных, аддитивных технологий, предиктивного управления, нейронного интеллекта, но de facto не представляющими сколь полезной практической информации.
Наконец, в 2019 году цифровизацией силовых сетей занялись в ПАО «Россети» и СТО 34.01-21-005-2019 в той или иной мере формализовал терминологию, достаточно новую и малопонятную для конечного потребителя — абонента распределительных сетей. В свою очередь Минэнерго РФ разработало, а правительство России 2 апреля текущего года одобрило проект «Энергетической стратегии развития Российской Федерации» на период до 2035 года, согласно которой уже к 2024 году 70 регионов страны перейдут на интеллектуальные системы контроля/управления силовыми сетями, а к 2035-му все электрические сети РФ станут цифровыми.
Безусловно, и энергетическая стратегия, и СТО 34.01-21-005-2019 — больше декларативные нормативно-правовые акты, поскольку пока нет пакета целевых стандартов, определяющих правила и нормы интеграции программно-аппаратного комплекса в потребительские сети низкого (и/или низкого среднего) напряжения.
Однако уже сейчас можно с достаточно высокой степенью вероятности прогнозировать ключевые особенности построения, технического обеспечения и требований к параметрам цифровых силовых сетей, которые будут управляться АСУ ТП, АСКУЭ и пр., в том числе АИИС (термин ПАО «Россети» — автоматизированные информационно-измерительные системы) по СТО 34.01-21-004-2019 или «расширенными» версиями АСУ ТП по СТО 56947007-25.040.40.227-2016 от ПАО «ФСК ЕЭС», адаптированными к потребительским сетям низкого напряжения.
Качество электроэнергии и компенсация реактивной мощности в цифровизованных силовых сетях низкого и низкого среднего напряжения
Если рассматривать «цифровую трансформацию» потребительской сети с позиции менеджмента предприятия, включая лица и подразделения, которые отвечают за состояние оборудования, коммуникаций, электроснабжения в целом, то уже в ближайшей перспективе следует ожидать:
- перераспределения акцентов на приоритетах, обусловленного изменением подхода к самим определениям качества, надежности, стабильности электроснабжения;
- ужесточения требований к обеспеченности силового оборудования контроллерами, причем с быстрым (по времени срабатывания) откликом на управляющие сигналы;
- формализации внедрения технических средств для локализации источников гармонических возмущений, в том числе наряду с УКРМТ.
Приоритеты
Вне зависимости от архитектуры конкретной силовой сети и даже способа последовательной связи полевого уровня ключевым приоритетным условием бесперебойного и четкого функционирования ведущих (master) устройств программно-аппаратного комплекса и ведомых (slave) контроллеров, датчиков или приводов является «чистая» сеть, т. е. не имеющая искажений по току, напряжению, частоте, в том числе вызываемых гармониками/интергармониками. Причем речь идет не только о сегментах силовой сети, но и слаботочных линий, за электромагнитные возмущения на которых ответственна силовая нагрузка, а значит придется решать проблему комплексно и отнюдь не только компенсацией реактивной мощности на фундаментальной частоте 50 Гц.
Справка По факту даже коррекция коэффициента мощности теперь не может рассматриваться с точки зрения экономической целесообразности — нивелирование наброса реактивных токов в силовую сеть становится обязательным условием четкой работы всей архитектуры цифровой сети, а инструмент для контроля над состоянием сети и оборудования уже формализован приказом № 465 Минэнерго России от 14.05.2019 и пока обязательное (с 18 января) техническое освидетельствование откладывалось из-за эпидемиологической ситуации в стране (мире). Следует ожидать и ужесточения контроля над всеми параметрами качества силовой сети по ГОСТ 32144-2013, а также актуализации стандарта с IEEE 1459-2010, где введены определения, нормы, требования к разным составляющим неактивной мощности, в том числе мощности гармоник, искажений тока, напряжения, которые существенно влияют на параметры качества электроэнергии и, соответственно, функциональность связей в архитектуре цифровых сетей.
Ужесточение требований
Здесь в части различных ШИМ-преобразователей (приводов и активных фильтров гармоник АФГ) будут востребованы многоуровневые конвертеры (по терминологии ГОСТ IEC 60050-151-2014) на транзисторах, причем приоритетными становятся биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT), отличающиеся от униполярных МОП-транзисторов (MOS-FET) большей мощностью, а от биполярных транзисторов (LTR) — большим частотным диапазоном.
Формализации внедрения технических средств
В сегменте установок компенсации реактивной мощности востребованными останутся УКРМТ с управлением тиристорными ключами, а контакторные автоматические УКРМ из-за длительного времени коммутации (с учетом предустановленной задержки с целью исключения частых включений-отключений) наверняка отживают свои последние месяцы.
Справка Несмотря на «закат» автоматических релейных УКРМ, нерегулируемые установки, а также конденсаторные батареи всё же смогут найти применение и быть эффективными в плане снижения затрат на компенсацию реактивной мощности, причем в сетях с любым характером нагрузки, но имеющим «фоновую потребность» в реактивной энергии. Т.е. там, где часть оборудования работает непрерывно экономически оправданно использовать нерегулируемые установки, которые будут «срезать» фоновый наброс реактивных токов и не требуют автоматического управления включением/отключением;
В целом, использование АФГ (активных фильтров гармоник) в силовых потребительских сетях вполне оправданно, причем не только с точки зрения нивелирования наброса токов на различных частотах гармоник и быстрого реагирования на искажения в сети — до двух третей периода, — но и в аспекте устранения негативов дискретной работы установок компенсации реактивной мощности. Так, даже УКРМТ с тиристорным управлением при работе постоянно формирует условия дефицита или профицита реактивной мощности, а избыток в сети емкостных (от установки при перекомпенсации) или индуктивных (от нагрузки при недокомпенсации) токов можно свободно нивелировать АФГ, причем активный фильтр гармоник может быть сравнительно небольшой мощности благодаря работе УКРМТ на фундаментальной частоте.
