О ТЕХНОЛОГИИ NORMEL И ЕЕ ОТЛИЧИИ ОТ СУЩЕСТВУЮЩИХ

О ТЕХНОЛОГИИ NORMEL И ЕЕ ОТЛИЧИИ ОТ СУЩЕСТВУЮЩИХ

УПРАВЛЕНИЕ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТЬЮ – стратегическая задача мирового масштаба. В России проблема управления энергоэффективностью решается в государственной программе, направленной на успешную реализацию Федерального Закона РФ от 23.11.2009 N 261-ФЗ (ред. от 04.10.2014) \"Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» , целью которого является «создание правовых, экономических и организационных основ стимулирования энергосбережения и повышения энергетической эффективности» Одним из важнейших условий повышения энергоэффективности электроэнергетических систем. является соблюдение стандартов качества электрической энергии. В мире существуют стандарты на нормы качества электроэнергии, например, Национальный Стандарт Российской Федерации ГОСТ 32144-2013, и идентичный ему Европейский Стандарт EN 50160: 2010 [http://www.cdtechnics.be/542-standard-en-50160-voltage-characteristics-…]. Напряжение является важнейшим параметром и в Стандарте на нормы качества электроэнергии находится на 1 месте по значимости. Если стандарты не выполняются, то нельзя гарантировать нормальную работу оборудования, подключаемого к электросети. Реально выполнить стандарт весьма сложно, т.к. коммутации потребителей происходят произвольно. В основном вышесказанное относится к электрическим сетям 0,4 кВ т.к. более 70% потребителей питается от этих сетей.

В последние несколько лет в России и в мире активно продвигается концепция Интеллектуальных Электрических Сетей - Smart Grid, являющейся основой и ключевым компонентом стратегий и проектов повышения энергоэффективности электроэнергетических систем. Smart Grid – это комплекс, технико-экономических мероприятий, включающий: мониторинг электропоребления, динамическое управление электросетями, регулирование спроса со стороны системы электроснабжения - Demand Response, Управление Потреблением Электроэнергии - Demand Side Managment (DSM).

Инновационные устройтва - нормализаторы переменного напряжения NORMEL^™®© позволяют регулировать напряжение потребителей, улучшать качество электроэнергии в соответствии с требованиями Национального Стандарта РФГОСТ 32144-2013 и Международного Стандарта EN 50160: 2010, а также экономить потребляемую электроэнергию от 7 до 24 % в зависимости от характера электрической нагрузки. Совокупный экономический эффект от применения этого метода и устройства может достигать более 50% за счет улучшения качества и снижения потребления электроэнергии.

Изобретение запатентовано в РФ, США, СНГ, EC, АСЕАН, Украине и др. странах на основании международной заявки на изобретение «Alternating voltage stabilizer with protection elements (embodiments)», опубликованной в соответствии с законом о патентной кооперации (РСТ) Всемирной организацией интеллектуальной собственности, что свидетельствует о появлении принципиально новых метода и устройства, повышающих энергоэффективность электроэнергетических систем . Исследования показали, что массовое применение метода и устройства позволяет эффективно управлять потреблением электроэнергии за счет улучшения её качества посредством регулирования напряжения потребителя.

Для широкого внедрения инновационного метода и устройства в 2009 году в Новосибирске организовано Научно-Производственное Предприятие ООО «АВЭК», которое в настоящее время единственное в мире производит и совершенствует инновационное запатентованное устройство управления потреблением электроэнергии, названное нормализатором переменного напряжения под торговой маркой NORMEL™®© . Научно-Производственное предприятие «АВЭК» проводит Научно-Исследовательские Работы (НИР) и Научно-Исследовательские Опытно - Конструкторские Работы (НИОКР) по совершенствованию метода и устройства совместно с Новосибирским государственным техническим университетом (НГТУ) на кафедрах: Автоматизированных Электро-Энергетических Систем, Менеджмента, Производственного Менеджмента и Экономики Энергетики, в Центре Испытаний Устройств Контроля и Управления Режимами Электроэнергетических Систем.

2. ИННОВАЦИОННЫЕ  НОРМАЛИЗАТОРЫ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ NORMEL

A.     Сущность устройтва - нормализатор переменного напряжения NORMEL^™®©

Суть инновационных запатентованных нормализаторов управления потреблением электроэнергии NORMEL, основанного на регулировании напряжения потребителей состоит в применении вольторегулирующего трансформатора, мощность которого значительно меньше мощности нагрузки. Обмотка низшего напряжения (НН) этого трансформатора включается в фазу сети последовательно с нагрузкой. Обмотка высшего напряжения (ВН) включается в сеть регулирования. Напряжение на нагрузке согласно второму закону Кирхгофа равно векторной сумме напряжения сети и ЭДС, индуктированной обмоткой высшего напряжения в обмотке низшего напряжения вышеуказанного трансформатора. В соответствии с изложенным, меняется напряжение на нагрузке, ток и мощность в нагрузке и в сети. За счет применяемого запатентованного схемного решения коэффициент полезного действия рассматриваемого инновационного устройства составляет 99.78 % Устройства, регулирующие напряжение потребителей с таким КПД нам не известны.

B.     Основные технологические отличия устройтва - нормализаторы переменного напряжения NORMEL^™®©

Следует подчеркнуть два основных отличия инновационных устройтв - нормализаторов переменного напряжения NORMEL^™®© для регулирования (нормализации) напряжения потребителей от общеизвестных методов и устройств стабилизации.

Первое отличие нормализаторов от стабилизаторов, удерживающих уровень напряжения в пределах, жестко заданных уставкой, заключается в том, что инновационные нормализаторы переменного напряжения NORMEL, в рамках рабочего диапазона входных напряжений удерживает выходные напряжения в соответствии с международными Стандартами на нормы качества электроэнергии, т.е., например, 220 В ± 5-10% в странах СНГ, 230 В ± 5-10% в странах ЕС.

Второй отличительной особенностью схемы нормализации является регулирование выходных параметров сети путем наведения в толстых обмотках низшего напряжения (НН) трансформаторов, интегрированных в фазные цепи, со стороны тонких обмоток высшего напряжения (ВН), разнонаправленных электродвижущих сил путем изменения полярности их подключения.

C.      Преимущества устройcтв - нормализаторы переменного напряжения NORMEL^™®©

Проведенные ранее исследования показали, что, устройтва - нормализаторы переменного напряжения NORMEL^™®©, основанные на регулировании напряжения потребителя дают ряд преимуществ.

1) Регулирование напряжения потребителей происходит без разрыва питающей сети, это устраняет проблемы, связанные с силовыми коммутациями и вызываемыми ими переходными процессами и прерыванием питания потребителей.

2) Благодаря применению запатентованного схемного решения, 95% мощности передается электрическим путем, и лишь 5% - электромагнитным. В результате применяются трансформаторы, мощность которых не превышает 5% от номинальной мощности самого инновационного нормализатора переменного напряжения NORMEL. Регулирование напряжения происходит пофазно и автоматически.  Все это положительно сказывается на массогабаритных и стоимостных параметрах инновационного нормализатора переменного напряжения NORMEL.

3) Отсутствие силовых коммутационных элементов в схеме инновационного нормализатора переменного напряжения NORMEL создает условия для его длительной и бесперебойной работы.

4) Применение запатентованного нормализатора переменного напряжения NORMEL, основанного на регулировании напряжения потребителей в пределах требований международных Стандартов на нормы качества электроэнергии, обеспечивает не только нормальную работу оборудования потребителя, но и приводит к уменьшению потребляемой мощности и потерь в сети. Т.е. эффект от применения метода и устройства проявляется и на низкой, и на высокой сторонах сети, включая источник, т.е. электростанцию. Экономия потребляемой мощности позволяет разгрузить питающие линии, что позволяет без дополнительных затрат подключать значительное количество новых потребителей.

5) Применение запатентованного нормализатора переменного напряжения NORMEL положительно влияет на режим работы энергетической системы за счет нейтрализации паразитной реактивной мощности, возвращаемой в сеть потребителями.

6) Экономический эффект от применения инновационного метода и устройства проявляется на системном уровне при условии его массового внедрения и достигает 50 % экономии финансовых ресурсов, а также все социальные и экологические эффекты, связанные с производством, передачей, потреблением электроэнергии в мире.

Исследования и опыт применения инновационной технологии в различных странах показывают, что системное применение метода и устройств - нормализаторов переменного напряжения NORMEL^TM, (производимых НПП ООО «АВЭК»), в электрических системах мира в рамках концепции Smart Grid позволяет эффективно управлять потреблением электроэнергии за счет улучшения её качества, что существенно повышает их энергоэффективность.

Совокупный экономический эффект системного применения устройств в электроэнергетических системах  может превысить 50 % экономии финансовых ресурсов, связанных с производством, передачей и потреблением электроэнергии.

D.     Рекомендации по применению нормализатора переменного напряжения NORMEL в Интеллектуальных Электрических Сетях

Проведенные исследования показывают, что при массовом внедрении запатентованного инновационного нормализатора переменного напряжения NORMEL в Интеллектуальные Электрические Сети, наибольший эффект, связанный с повышением энергоэффективности энергетической системы, может быть достигнут, если электроэнергия будет передаваться потребителю энергоснабжающей организацией при максимальном значении напряжения, допустимом международными Стандартами на нормы качества электроэнергии [Национальным Стандартом РФ ГОСТ 32144-2013 и Международным Стандартом EN 50160: 2010], а использоваться потребителем - при минимальном значении напряжения, допустимом этими Стандартами. Подобное регулирование позволяет обеспечить нормальное функционирование потребителей, с одной стороны, с другой стороны потребители не будут использовать «лишнюю» мощность, а потери будут минимальными. Следовательно, одна из задач снижения потребления электроэнергии и повышения энергоэффективности энергетических систем заключается в регулировании напряжения потребителя. Эта задача характерна для большинства стран мира, что требует разработки стратегических моделей внедрения инновационной технологии.

3. Система поддержания стандартизированных параметров электрической сети на шинах потребителя напряжением 0,4 кВ на основе технологии нормализации напряжения

В работах [3-28] подробно описаны результаты проводимых исследований и многолетнего опыта практического применения запатентованных нормализаторов переменного напряжения, разрабатываемых и производимых под торговой маркой NORMEL^™®©  of scientific industrial company LLC “AVEC” (Novosibirsk, RF).

Применение технологии нормализации напряжения позволяет получать оптимальное для потребителя напряжение на шинах 0,4 кВ его электроприемников, независимо от режима питающей сети.

Технические решения, заложенные при разработке нормализаторов переменного напряжения и применённая в них система уставок регулирования уровней фазных напряжений предназначены для достижения цели - поддержания уровней напряжения на вводах подключенных потребителей в рамках, разрешенных нормативными документами, регламентирующими основные электрические параметры.

Существующие ныне системы стабилизации напряжения для электрических сетейнапряжением 0,4 кВ не имеют масштабного применения из-за их высокой стоимости, которая объясняется их конструктивной сложностью, обратной стороной которой является недостаточная надежность последних. На стоимость систем стабилизации влияет их избыточная функциональность: излишне широкий диапазон регулирования, прецизионный уровень выходных напряжений, наличие дополнительных узлов, предназначенных для обеспечения синусоидальности электрических параметров сети переменного напряжения.

Table 1 Сравнение характеристик энергосберегающих нормализаторов NORMEL^™®© и стандартных стабилизаторов мощностью 55 кВА

Несмотря на то, что сфера применения и точки подключения (интеграции) стабилизаторов и нормализаторов полностью совпадают, их функционал и цели применения существенно отличны.

Стабилизаторы предназначены для поддержания выходных напряжений на заданном уровне при входных напряжениях, находящихся в рамках их рабочего диапазона.

Нормализатор, получающий входное напряжение в рамках его рабочего диапазона, регулирует выходное напряжение в пределах разрешенного (допустимого Стандартом [1]) коридора отклонений фазных напряжений и позволяет поддерживать напряжение на шинах электроприемников потребителя в зоне желаемого пониженнного напряжения, что приводит к росту экономического эффекта применения нормализатора, вызванного понижением уровня потребления электрической мощности, присоединенной к нормализатору нагрузки.

В отличие от общеизвестных устройств регулирования переменного трехфазного напряжения, нормализатор осуществляет функцию регулирования напряжения без коммутации силовых цепей, т.е. не содержит кинематических узлов. Нормализатор в своем устройстве не содержит также силовых полупроводниковых элементов и не является устройством, вносящим искажения в синусоидальность кривой электрической мощности.

Проведенные исследования и практический опыт применения показывают, что нормализатор переменного напряжения целесообразно рассматривать, как устройство, предназначенное для регулирования напряжения с эффектом снижения избыточной активной мощности, потребляемой нагрузкой. Совместное практическое применение нормализаторов с общеизвестной системой компенсации реактивной мощности на основе конденсаторных устройств выявило их взаимодополняемость и синергичность получаемого экономического эффекта.