任運業(yè)

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：本文結(jié)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(jié)果表明有源濾波器在多晶硅諧波治理技術(shù)上達到一個新的里程碑。

關(guān)鍵詞：有源濾波器；諧波；多晶硅

0引言

隨著科技的進步社會的發(fā)展，多晶硅的廣泛使用，多晶硅行業(yè)發(fā)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(diào)溫等非線性負載的使用，使得多品硅供電系統(tǒng)和上級電網(wǎng)的電能質(zhì)量受到嚴重污染，整個系統(tǒng)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(zhì)量，是符合我國相關(guān)電能質(zhì)量的規(guī)定，同時亦給企業(yè)安全生產(chǎn)、提高效益方面帶來顯著效果。

1現(xiàn)狀分析

青海黃河水電多晶硅公司供電系統(tǒng)存在大量的請波源負載: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；在嚴重干擾了其他負載的安全運行、產(chǎn)生計量誤差影響設(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(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行諧波治理。

2.2設(shè)備工作原理及方案實施

2.2.1原理

實時檢測電網(wǎng)中負載電流，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，實時產(chǎn)生大小相等、方向相反的補償電流注入到電網(wǎng)中，實現(xiàn)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(cè)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(fā)出的補償電流，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(fā)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(shù)難點

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

(2)檢測信號多：根據(jù)現(xiàn)有的電氣系統(tǒng)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(shè)備具有完善的全面信號檢測系統(tǒng)，以保證完整信號的正確采取。

(3)電流互感器二次側(cè)額定電流為1A：要求信號處理系統(tǒng)的精確性和及時性，系統(tǒng)處理分析后能準確實時反應系統(tǒng)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(lián)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(huán)控制。

2.3應用效果說明

1)治理設(shè)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(cè))，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(chǎn)品選型

3.1產(chǎn)品特點

(1)DSP+FPGA控制方式，響應時間短，全數(shù)字控制算法，運行穩(wěn)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(shè)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(xiàn)參數(shù)設(shè)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(tǒng)的影響；

(7)多機并聯(lián)，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(chǎn)品實物展示

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用于0.4kV、50Hz低壓配電中用于節(jié)省能源、降低線損、提高功率因數(shù)和電能質(zhì)量的新一代無功補償設(shè)備。它由智能測控單元，晶閘管復合開關(guān)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(gòu)成。可替代常規(guī)由熔絲、復合開關(guān)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(nèi)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(xiàn)代電網(wǎng)對無功補償?shù)母咭蟆?/p>

AZC/AZCL系列智能電容器采用定式LCD液晶顯示器，可顯示三相母線電壓、三相母線電流、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、無功功率、諧波電壓總畸變率、電容器溫度等。通過內(nèi)部晶閘管復合開關(guān)電路，自動尋找適宜投入（切除）點，實現(xiàn)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(chǎn)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(jié)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(tǒng)無源濾波技術(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，有效地解決了供電系統(tǒng)中存在的諧波污染問題，同時也達到了不向供電上級系統(tǒng)注入諧波電流的規(guī)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(yè)中的應用[J].電氣技術(shù),2011(12):111-112.

[2]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應用手冊2022.05版.

作者簡介

任運業(yè)，男,現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司。