9 июня 2020 председатель правительства РФ Михаил Мишустин распоряжением № 1523-р утвердил «Энергетическую стратегию РФ» до 2035 года, где национальной целью «номер пять» была определена «Цифровая трансформация отраслей ТЭК», в том числе — перевод электрических сетей на интеллектуальные системы контроля и управления. К 2024 году в семидесяти областях и к 2035 во всех регионах страны.
Следует отметить, что традиционно для России, как впрочем и для других стран постсоветского пространства, прогресс развития стимулируется «сверху» правительственными, федеральными актами и зачастую без подготовки как фундаментальной нормативно-правовой базы, так и непосредственных главных участников процесса, которыми в сфере электроэнергетики были и остаются конечные потребители электроэнергии.
Безусловно, здесь речь идет об абонентах, не просто влияющих, но способных регулировать свое влияние на параметры качества электроэнергии. Это промышленные и/или непромышленные объекты, а также разные формы товариществ собственников жилья (ст. 135 Жилищного кодекса РФ), которые заключают договора электроснабжения и, соответственно, несут ответственность за качество электроэнергии как на границе балансовой принадлежности (согласно изменениям п.14 раздела II «Правил недискриминационного доступа...» в 2018 году), так и в своих сетях, что априори предопределено введением с начала 2020 обязательного технического освидетельствования оборудования (приказ № 465 Минэнерго России от 14.05.2019).
В итоге новая «Энергетическая стратегия» утверждена, ожидается ее детализация в плане реализации и схемах развития отраслей ТЭК страны, а превалирующее большинство потребителей электроэнергии пока планируют деятельность своих объектов, обеспечиваемых силовыми сетями, «по старинке», не понимая ни самой цифровой трансформации электроэнергетики, ни связанных с ней изменений концепции качества электроэнергии, за которую они несут ответственность.
Показатели качества электроэнергии в условиях цифровизации электрических сетей.
Упрощенно цифровизация силовых электрических сетей предполагает автоматическое управление нагрузкой на основе сбора данных системой датчиков, их обработки программным обеспечением data-центров и передачи управляющих сигналов на контроллеры или иные исполнительные механизмы по задействованным в системе протоколам.
Т .е. это типовые АСУ ТП или автоматизированные информационно-измерительные системы (АИИС в концепции СТО 34.01-21-004-2019 ПАО «Россети») на базе программно-технических (ранее — программно-аппаратных) комплексов, которые будут интегрированы во все потребительские сети низкого и низкого среднего напряжения к 2035 году (в 70-ти регионах к 2024) согласно утвержденной новой «Энергетической стратегии» России.
Эффективность контроля и управления нагрузкой программно-техническими комплексами априори предопределяет усиление жесткости требований к параметрам качества электроэнергии (ПКЭ), влияющим на работу самого силового оборудования и передачу информационных сигналов, что в целом уже было формализовано такими стандартами, как:
- ГОСТ Р 51275–2006,
- ГОСТ Р 51317.3.2–2006,
- ГОСТ Р 51317.3.3–2008,
- ГОСТ Р 51317.4.7–2008,
- ГОСТ Р 51317.6.2–2007,
- ГОСТ Р 51317.6.4–2009,
- ГОСТ Р 51318.22–2006 и др.
Также эффективность рассматривалась и в проекте «Концепции создания системы контроля показателей качества электрической энергии» Исполнительного комитета Электроэнергетического совета Содружества Независимых Государств (ИКЭС СНГ) в 2013 году, где определен пакет ПКЭ, требующих измерения, регистрации, обработки.
В целом изменения самой концепции качества электроэнергии и пакета показателей в проекте согласовались с нововведениями IEEE 1459-2010, разработанными вместе с идеей четвертой промышленной революции (Industry 4.0) в Германии и ЕС, где был формализован обязательный анализ, контроль и регулирование напряжения, силы тока, углов фазового сдвига, а также мощности и энергии по гармоническим и интергармоническим составляющим вплоть до 50 порядка по гармоникам и 49 порядка по интергармоникам.
В части мощности и энергии — это не только полная, активная, реактивная мощность по фундаментальной частоте, но и вся мощность гармоник, интергармоник и информационных сигналов, включая (IEEE 1459-2010) мощность искажений тока, напряжения.
Т. е. ГОСТ 32144-2013, где в качестве ПКЭ рассматриваются в основном показатели напряжения, гармонические составляющие до 40-го порядка, а интергармоники и неактивная мощность буквально забыты, становится критически неактуальным при переходе на цифровые сети, а для выбора, модернизации, замены силового оборудования и самой эксплуатации цифровизованной сети придется проводить профессиональный энергоаудит с регистрацией, расчетом, анализом максимально полного пакета показателей качества электроэнергии.
Повышение качества электроэнергии в потребительских сетях нового поколения (цифровых)
De facto цифровые сети технически некорректно считать новым поколением силовых сетей — АСУ ТП и их аналоги используются для контроля, управления производственно-технологическими процессами и электроснабжением уже не один десяток лет.
Все новации типа аддитивных технологий, предиктивного управления, цифровых двойников и пр. связаны с программной оболочкой data-центров и касаются:
- Силового оборудования только в части оснащения быстродействующими контроллерами, которые обеспечивают коммутацию с data центрами по давно используемым протоколам Profibus, Modbus, но с упором на физические шины стандарта RS 485, допускающего подключение большого числа ведущих и ведомых устройств, а также передачу информационных пакетов по сети Industrial Ethernet.
- Эксплуатации силовых сетей в аспекте использования технических средств, обеспечивающих быструю реакцию на управляющие сигналы и оперативную очистку от всех возможных возмущений, которые искажают емкий пакет параметров качества электроэнергии, в том числе реактивных токов любого характера (индуктивных, емкостных) и на фундаментальной частоте, и на гармониках, интергармониках вплоть до 50-го порядка.
Т. е. десятилетиями используемые автоматические контакторные установки компенсации реактивной мощности в цифровых сетях будут неактуальными из-за медленной коммутации дискретных ступеней, что определяет попеременный наброс емкостных или индуктивных токов при пере- или недокомпенсации соответственно.
Более пригодными становятся быстродействующие УКРМТ с тиристорным управлением, а оптимальными — связки УКРМТ с активным фильтром гармоник (АФГ), который на фундаментальной частоте будет «подчищать» емкостные и индуктивные возмущения за УКРМТ, а на более высоких частотах — нивелировать гармонические искажения.