安科瑞有源濾波器在多晶硅行業中的應用

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IL為非線性負載電流，IC為有源濾波器發出的補償電流，IS為電源側總電流。有源濾波器投入前IS等于IL，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IL，中間是有源濾波裝置發出的補償電流IC，*下面的是補償后的諧波含量很小的總電流IS。

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.