FACTS в сетях низкого напряжения

Анонс: Терминология, концепция FACTS, Smart Grid и их использование в потребительских сетях низкого и среднего напряжения. Технические средства FACTS для компенсации реактивной мощности в низковольтных сетях.

Терминология и концепция Flexible Alternative Current Transmission System (FACTS, управляемые (гибкие) системы электропередачи переменного тока) были определены американским Научно-исследовательским институтом электроэнергетики (Electric Power Research Institute, EPRI), пооноправными членами которого на текущий момент являются 15 генерирующих электроэнергию компаний (операторы АЭС) США и более 450 разных структур из 30 стран мира.

У нас термины и определения FACTS, компоненты системы и рекомендации по их применению на объектах ЕНЭС РФ рассматривались в СТО 56947007-29.240.019-2009 ПАО «ФСК ЕЭС», но для сетей среднего и высокого напряжения, а с 2016 года Flexible Alternative Current Transmission System популяризовались в связке со «Smart Grid» (умные, интеллектуальные, активно-адаптивные и пр. сети электроснабжения), лоббируемых ЦСР «Северо-Запад» (и партнерами) в своей собственной концепции с названием EnergyNet (Энерджинет) и «продуктами-проектами» IDEA (Internet of Distributed Energy Architecture), industrial microgrid и пр.

В ЕС Smart Grid стали развивать с 2007 года на платформе программы исследований Strategic Research Agenda (SRA) и руководства Strategic Deployment Document (SDD), в США умные сети продвигались EPRI и национальным институтом стандартов и технологий NIST с 2009, у нас интерес к Smart Grid и FACTS в целом стимулировался в последние годы национальным трендом цифровизации экономики и, в частности цифровой трансформацией электросетей, формальный старт которой был дан новой Энергетической стратегией России.

Технические средства FACTS для компенсации реактивной мощности в низковольтных сетях.

De facto сегодня устройства FACTS становятся критически необходимыми для перевода на «цифру» электросетей всех уровней напряжения, включая низковольтные, хотя СТО 34.01-21-005-2019 ПАО «Россети» по проектированию цифровых сетей 0,4-220 КВ практически не уделяет внимания этому вопросу. Вместе с тем, введение в действие новых ГОСТ IEC/TR 61000-3-6-2020 и ГОСТ IEC/TR 61000-3-7-2020, нормирующих эмиссию и трансмиссию гармоник между сетями разного напряжения, ГОСТ Р 59029.2-2020 по тиристорным ключам, ГОСТ Р 59031-2020 по активным фильтрам, ГОСТ Р 59032.1-2020, ГОСТ Р 59032.2-2020, ГОСТ Р 59032.4-2020 по фильтрам гармоник и т.д. (см. о новых стандартах отечественной нормативно-правовой базы направления компенсации неактивной мощности здесь) априори предполагает разработку и внедрение быстродействующего силового оборудования с двусторонней связью с программно-аппаратными комплексами автоматических систем управления.

Безусловно, здесь речь не идет о:

• «коммерческой» концепции FACTS и Smart Grid, в том числе лоббируемой ЦСР «Северо-Запад» EnergyNet с выходом на Smart Grid 3.0 с «роумингом» и торговлей электроэнергией Peer-to-Peer, а по сути сводящейся к внедрению в цепочку между производитель-поставщик-потребитель энергии (мощности) посредника, владеющего industrial microgrid и устанавливающего собственные наценки к тарифу;
• устройствах и системных решениях FACTS типа Dynamic Voltage Restorer (DVR), Unified Power Flow Controller (UPFC), Interline Power Flow Controller (IPFC), Superconducting Magnetic Energy Storage (SMES) и др., интеграция которых в низковольтные и сети низкого среднего напряжения технически и финансово нецелесообразна;
• полном исключении из силовых сетей нового «цифрового» формата неуправляемых реакторов, конденсаторов, конденсаторных батарей на механических ключах (контакторах), которые «имеют право быть» для компенсации фоновой потребности в реактивной мощности емкостного или индуктивного характера.

Однако оптимальными для цифровых сетей становятся конденсаторные установки и реакторные группы с управлением полупроводниковыми ключами, обеспечивающими быстродействие в сотые доли секунды и, по возможности, максимально высокую дискретность генерации реактивной энергии для выхода на «плавное» регулирование баланса мощности.

Вторым критерием выбора FACTS устройства для компенсации реактивной мощности сегодня становится отсутствие генерации гармоник при выполнении своей функции, во всяком случае порядков и амплитуд, требующих дополнительной интеграции в силовую сеть фильтров. В целом по этой причине снижается спрос на эффективные в компенсации емкостной и индуктивной реактивной мощности тиристорно-управляемые реакторы (thyristor controlled reactor, TCR), ряд схем насыщающихся реакторов, активных фильтров гармоник - по сути, ШИМ преобразователей (конвертеров), демпфирующих наброс токов гармоник только ниже места присоединения. Наряду с этим критически необходимыми для цифровых сетей признаны коммутируемые тиристорами конденсаторные и реакторные группы, используемые в силовых сетях, как по отдельности по схемам индивидуальной, групповой, централизованной компенсации, так и совместно в виде комплектных устройств, где реактор «сглаживает» генерацию реактивной мощности тиристорной конденсаторной установкой.

Наиболее прогрессивные разработки thyristor-switched capacitor (TSC) – бинарные с топологией параллельного и последовательного подключения ветвей-батарей по специфическим схемам с увеличенным числом тиристорных вентилей, где возможно получение de facto 25 или 68 «ступеней» генерации при реальных 4-х элементах (и семи вентилях) или 6-ти элементах (и восьми вентилях) (см. этот материал). Т.е. имея в установке 4 или 6 кондюенсаторных батарей (модулей) правильно подобранной по двичному коду мощности и (соответственно) 7 или 8 тиристоров можно выйти на 25 или 68 вариантов генерации реактивной энергии и, соответственно, обеспечить почти плавное регулирование мощности без рисков пере- или недокомпенсации с их негативами для сети.