淺談安科瑞有源濾波器在多晶硅行業(yè)中的應(yīng)用

摘要：本文結(jié)合青海黃河水電多晶硅項(xiàng)目中的有源濾波器使用效果進(jìn)行應(yīng)用分析，結(jié)果表明有源濾波器在多晶硅諧波治理技術(shù)上達(dá)到一個(gè)新的里程碑。

關(guān)鍵詞：有源濾波器；諧波；多晶硅

0引言

隨著科技的進(jìn)步社會(huì)的發(fā)展，多晶硅的廣泛使用，多晶硅行業(yè)發(fā)展也越來(lái)越迅速，隨之而來(lái)就是大量整流裝置、變頻器、品閘管調(diào)溫等非線(xiàn)性負(fù)載的使用，使得多品硅供電系統(tǒng)和上級(jí)電網(wǎng)的電能質(zhì)量受到嚴(yán)重污染，整個(gè)系統(tǒng)的安全運(yùn)行存在較大的隱患，消除諧波、減少諧波危害、改善電能質(zhì)量，是符合我國(guó)相關(guān)電能質(zhì)量的規(guī)定，同時(shí)亦給企業(yè)安全生產(chǎn)、提高效益方面帶來(lái)顯著效果。

1現(xiàn)狀分析

青海黃河水電多晶硅公司供電系統(tǒng)存在大量的請(qǐng)波源負(fù)載:整流還原爐(12脈)、制氫設(shè)備(12脈)、可控硅調(diào)溫設(shè)備(6脈)、UPS設(shè)備(6脈)等，這就使得在該供電體統(tǒng)中存在大量的諧波電流，諧波電流主要以5、7、11、13；在嚴(yán)重干擾了其他負(fù)載的安全運(yùn)行、產(chǎn)生計(jì)量誤差影響設(shè)備使用壽命。

2治理措施

2.1方案確定

在該系統(tǒng)中有源系統(tǒng)功率因數(shù)比較高，而諧波頻譜多樣化，采用傳統(tǒng)的無(wú)源濾波很難達(dá)到實(shí)際的濾除效果:無(wú)源濾波器濾除效果依賴(lài)于系統(tǒng)阻抗和濾波設(shè)備容量。而高功率數(shù)就決定了其容量受到限制，因此需采用有源濾波器進(jìn)行諧波治理。

2.2設(shè)備工作原理及方案實(shí)施

2.2.1原理

實(shí)時(shí)檢測(cè)電網(wǎng)中負(fù)載電流，快速分離出諧波電流分量，并根據(jù)諧波電流的大小產(chǎn)生控制指令，實(shí)時(shí)產(chǎn)生大小相等、方向相反的補(bǔ)償電流注入到電網(wǎng)中，實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)諧波電流濾除。

圖1是有源濾波裝置治理諧波污染的原理示意圖，其治理目標(biāo)是要在電源側(cè)得到只含有50Hz正弦波的電流。其中I_L為非線(xiàn)性負(fù)載電流，I_C為有源濾波器發(fā)出的補(bǔ)償電流，I_S為電源側(cè)總電流。有源濾波器投入前I_S等于I_L，圖2為有源濾波器投入后TEK示波器記錄的三個(gè)電流的波形，*上面的是諧波含量豐富的非線(xiàn)性負(fù)載電流I_L，中間是有源濾波裝置發(fā)出的補(bǔ)償電流I_C，*下面的是補(bǔ)償后的諧波含量很小的總電流I_S。

圖1圖2

2.2.2技術(shù)難點(diǎn)

(1)海拔2500M、電壓等級(jí)為10kV；要求有源設(shè)備突破常規(guī)設(shè)計(jì)，高壓設(shè)備常規(guī)1000M，常規(guī)電壓等級(jí)為400V、690V。

(2)檢測(cè)信號(hào)多：根據(jù)現(xiàn)有的電氣系統(tǒng)進(jìn)行信號(hào)檢測(cè)，檢測(cè)電流信號(hào)多且各種電流互感器變比不同，需要有源設(shè)備具有完善的全面信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)，以保證完整信號(hào)的正確采取。

(3)電流互感器二次側(cè)額定電流為1A：要求信號(hào)處理系統(tǒng)的精確性和及時(shí)性，系統(tǒng)處理分析后能準(zhǔn)確實(shí)時(shí)反應(yīng)系統(tǒng)電流狀況，*大限度降低失真度。

(4)響應(yīng)快速性：檢測(cè)信號(hào)的方法多樣性、距離遠(yuǎn)，遠(yuǎn)比低壓有源就近治理要求更高，這就要求響應(yīng)速度更快。

(5)兩段母線(xiàn)進(jìn)線(xiàn)工作方式不確定性：兩段母線(xiàn)有可能獨(dú)立工作、有可能并聯(lián)工作、有可能一段進(jìn)線(xiàn)帶兩段負(fù)荷。

(6)控制策略特殊性：PI控制和重復(fù)控制的復(fù)合控制策略，無(wú)靜差策略分析、雙閉環(huán)控制。

2.3應(yīng)用效果說(shuō)明

1)治理設(shè)備安裝(如圖3所示)

圖3

2)治理前后效果對(duì)比以制氫站為例，主要諧波源為三臺(tái)整流變(2500kVA，10kV/0.22kV/0.22kV)，每段母線(xiàn)所需有源容量為400A(折算到400V側(cè))，治理前后主要次諧波電流對(duì)比見(jiàn)表1。

表1

圖4治理前諧波頻譜圖

圖5治理后諧波頻譜圖

3安科瑞APF有源濾波器產(chǎn)品選型

3.1產(chǎn)品特點(diǎn)

(1)DSP+FPGA控制方式，響應(yīng)時(shí)間短，全數(shù)字控制算法，運(yùn)行穩(wěn)定；

(2)一機(jī)多能，既可補(bǔ)諧波，又可兼補(bǔ)無(wú)功，可對(duì)2～51次諧波進(jìn)行全補(bǔ)償或特定次諧波進(jìn)行補(bǔ)償；

(3)具有完善的橋臂過(guò)流保護(hù)、直流過(guò)壓保護(hù)、裝置過(guò)溫保護(hù)功能；

(4)模塊化設(shè)計(jì)，體積小，安裝便利，方便擴(kuò)容；

(5)采用7英寸大屏幕彩色觸摸屏以實(shí)現(xiàn)參數(shù)設(shè)置和控制，使用方便，易于操作和維護(hù)；

(6)輸出端加裝濾波裝置，降低高頻紋波對(duì)電力系統(tǒng)的影響；

(7)多機(jī)并聯(lián)，達(dá)到較高的電流輸出等級(jí)；

3.2型號(hào)說(shuō)明

3.3尺寸說(shuō)明

3.4產(chǎn)品實(shí)物展示

ANAPF有源濾波器

4安科瑞智能電容器產(chǎn)品選型

4.1產(chǎn)品概述

AZC/AZCL系列智能電容器是應(yīng)用于0.4kV、50Hz低壓配電中用于節(jié)省能源、降低線(xiàn)損、提高功率因數(shù)和電能質(zhì)量的新一代無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備。它由智能測(cè)控單元，晶閘管復(fù)合開(kāi)關(guān)電路，線(xiàn)路保護(hù)單元，兩臺(tái)共補(bǔ)或一臺(tái)分補(bǔ)低壓電力電容器構(gòu)成。可替代常規(guī)由熔絲、復(fù)合開(kāi)關(guān)或機(jī)械式接觸器、熱繼電器、低壓電力電容器、指示燈等散件在柜內(nèi)和柜面由導(dǎo)線(xiàn)連接而組成的自動(dòng)無(wú)功補(bǔ)償裝置。具有體積更小，功耗更低，維護(hù)方便，使用壽命長(zhǎng)，可靠性高的特點(diǎn)，適應(yīng)現(xiàn)代電網(wǎng)對(duì)無(wú)功補(bǔ)償?shù)母咭蟆?/p>

AZC/AZCL系列智能電容器采用定式LCD液晶顯示器，可顯示三相母線(xiàn)電壓、三相母線(xiàn)電流、三相功率因數(shù)、頻率、電容器路數(shù)及投切狀態(tài)、有功功率、無(wú)功功率、諧波電壓總畸變率、電容器溫度等。通過(guò)內(nèi)部晶閘管復(fù)合開(kāi)關(guān)電路，自動(dòng)尋找適宜投入（切除）點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)過(guò)零投切，具有過(guò)壓保護(hù)、缺相保護(hù)、過(guò)諧保護(hù)、過(guò)溫保護(hù)等保護(hù)功能。

4.2型號(hào)說(shuō)明

AZC系列智能電容器選型：

AZCL系列智能電容器選型：

4.3產(chǎn)品實(shí)物展示

AZC系列智能電容模塊AZCL系列智能電容模塊

安科瑞無(wú)功補(bǔ)償裝置智能電容方案

5結(jié)論

針對(duì)多晶硅等高壓諧波治理工況，上海追日電氣公司的有源濾波器突破傳統(tǒng)無(wú)源濾波技術(shù)的局限，充分發(fā)揮了其濾波范圍廣、容量不受系統(tǒng)自然功率因數(shù)限制等特點(diǎn)，有效地解決了供電系統(tǒng)中存在的諧波污染問(wèn)題，同時(shí)也達(dá)到了不向供電上級(jí)系統(tǒng)注入諧波電流的規(guī)范要求，實(shí)踐證明是非常有效的。

參考文獻(xiàn)

[1]許曉偉.有源濾波器在多晶硅行業(yè)中的應(yīng)用[J].電氣技術(shù),2011(12):111-112.

[2]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè)2022.05版.