淺談安科瑞有源濾波器在多晶硅行業中的應用

任運業

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：本文結合青海黃河水電多晶硅項目中的有源濾波器使用效果進行應用分析，結果表明有源濾波器在多晶硅諧波治理技術上達到一個新的里程碑。

關鍵詞：有源濾波器；諧波；多晶硅

0引言

隨著科技的進步社會的發展，多晶硅的廣泛使用，多晶硅行業發展也越來越迅速，隨之而來就是大量整流裝置、變頻器、品閘管調溫等非線性負載的使用，使得多品硅供電系統和上級電網的電能質量受到嚴重污染，整個系統的安全運行存在較大的隱患，消除諧波、減少諧波危害、改善電能質量，是符合我國相關電能質量的規定，同時亦給企業安全生產、提高效益方面帶來顯著效果。

1現狀分析

青海黃河水電多晶硅公司供電系統存在大量的請波源負載:整流還原爐(12脈)、制氫設備(12脈)、可控硅調溫設備(6脈)、UPS設備(6脈)等，這就使得在該供電體統中存在大量的諧波電流，諧波電流主要以5、7、11、13；在嚴重干擾了其他負載的安全運行、產生計量誤差影響設備使用壽命。

2治理措施

2.1方案確定

在該系統中有源系統功率因數比較高，而諧波頻譜多樣化，采用傳統的無源濾波很難達到實際的濾除效果:無源濾波器濾除效果依賴于系統阻抗和濾波設備容量。而高功率數就決定了其容量受到限制，因此需采用有源濾波器進行諧波治理。

2.2設備工作原理及方案實施

2.2.1原理

實時檢測電網中負載電流，快速分離出諧波電流分量，并根據諧波電流的大小產生控制指令，實時產生大小相等、方向相反的補償電流注入到電網中，實現瞬時諧波電流濾除。

圖1是有源濾波裝置治理諧波污染的原理示意圖，其治理目標是要在電源側得到只含有50Hz正弦波的電流。其中I_L為非線性負載電流，I_C為有源濾波器發出的補償電流，I_S為電源側總電流。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示波器記錄的三個電流的波形，*上面的是諧波含量豐富的非線性負載電流I_L，中間是有源濾波裝置發出的補償電流I_C，*下面的是補償后的諧波含量很小的總電流I_S。

圖1圖2

2.2.2技術難點

(1)海拔2500M、電壓等級為10kV；要求有源設備突破常規設計，高壓設備常規1000M，常規電壓等級為400V、690V。

(2)檢測信號多：根據現有的電氣系統進行信號檢測，檢測電流信號多且各種電流互感器變比不同，需要有源設備具有完善的全面信號檢測系統，以保證完整信號的正確采取。

(3)電流互感器二次側額定電流為1A：要求信號處理系統的精確性和及時性，系統處理分析后能準確實時反應系統電流狀況，*大限度降低失真度。

(4)響應快速性：檢測信號的方法多樣性、距離遠，遠比低壓有源就近治理要求更高，這就要求響應速度更快。

(5)兩段母線進線工作方式不確定性：兩段母線有可能獨立工作、有可能并聯工作、有可能一段進線帶兩段負荷。

(6)控制策略特殊性：PI控制和重復控制的復合控制策略，無靜差策略分析、雙閉環控制。

2.3應用效果說明

1)治理設備安裝(如圖3所示)

圖3

2)治理前后效果對比以制氫站為例，主要諧波源為三臺整流變(2500kVA，10kV/0.22kV/0.22kV)，每段母線所需有源容量為400A(折算到400V側)，治理前后主要次諧波電流對比見表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有源濾波器產品選型

3.1產品特點

(1)DSP+FPGA控制方式，響應時間短，全數字控制算法，運行穩定；

(2)一機多能，既可補諧波，又可兼補無功，可對2～51次諧波進行全補償或特定次諧波進行補償；

(3)具有完善的橋臂過流保護、直流過壓保護、裝置過溫保護功能；

(4)模塊化設計，體積小，安裝便利，方便擴容；

(5)采用7英寸大屏幕彩色觸摸屏以實現參數設置和控制，使用方便，易于操作和維護；

(6)輸出端加裝濾波裝置，降低高頻紋波對電力系統的影響；

(7)多機并聯，達到較高的電流輸出等級；

3.2型號說明

3.3尺寸說明

3.4產品實物展示

ANAPF有源濾波器

4安科瑞智能電容器產品選型

4.1產品概述

AZC/AZCL系列智能電容器是應用于0.4kV、50Hz低壓配電中用于節省能源、降低線損、提高功率因數和電能質量的新一代無功補償設備。它由智能測控單元，晶閘管復合開關電路，線路保護單元，兩臺共補或一臺分補低壓電力電容器構成。可替代常規由熔絲、復合開關或機械式接觸器、熱繼電器、低壓電力電容器、指示燈等散件在柜內和柜面由導線連接而組成的自動無功補償裝置。具有體積更小，功耗更低，維護方便，使用壽命長，可靠性高的特點，適應現代電網對無功補償的更高要求。

AZC/AZCL系列智能電容器采用定式LCD液晶顯示器，可顯示三相母線電壓、三相母線電流、三相功率因數、頻率、電容器路數及投切狀態、有功功率、無功功率、諧波電壓總畸變率、電容器溫度等。通過內部晶閘管復合開關電路，自動尋找適宜投入（切除）點，實現過零投切，具有過壓保護、缺相保護、過諧保護、過溫保護等保護功能。

4.2型號說明

AZC系列智能電容器選型：

AZCL系列智能電容器選型：

4.3產品實物展示

AZC系列智能電容模塊AZCL系列智能電容模塊

安科瑞無功補償裝置智能電容方案

5結論

針對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無源濾波技術的局限，充分發揮了其濾波范圍廣、容量不受系統自然功率因數限制等特點，有效地解決了供電系統中存在的諧波污染問題，同時也達到了不向供電上級系統注入諧波電流的規范要求，實踐證明是非常有效的。

參考文獻

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

[2]安科瑞企業微電網設計與應用手冊2022.05版.

作者簡介

任運業，男,現任職于安科瑞電氣股份有限公司。