有源濾波器在多晶硅行業中的應用

許曉偉

（青海黃河上游水電開發有限責任公司新能源分公司，西寧 810008）

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、晶閘管調溫等非線性負載的使用，使得多晶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諧波源負載：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次為主；大量諧波的存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

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，最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，最下面的是補償后的諧波含量很小的總電流Is。

圖1

圖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，最大限度降低失真度。

（4）響應速度快速性：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 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。