隨著多晶硅的廣泛使用，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、可控硅調(diào)溫等非線性負(fù)載的使用，使得多晶硅供電系統(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。

現(xiàn)狀分析

青海黃河水電多晶硅公司供電系統(tǒng)存在大量的諧波源負(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次為主；大量諧波的存在嚴(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。

治理措施

1 方案的確定

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 設(shè)備工作原理及方案實(shí)施

（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

圖2

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IL為非線性負(fù)載電流， Ic為有源濾波器發(fā)出的補(bǔ)償電流，Is為電源側(cè)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(gè)電流的波形，最上面的是諧波含量豐富的非線性負(fù)載電流IL，中間是有源濾波裝置發(fā)出的補(bǔ)償電流Ic，最下面的是補(bǔ)償后的諧波含量很小的總電流Is。

（2）、技術(shù)難點(diǎn)：

a）、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。

b）、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。

c）、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，最大限度降低失真度。

d）、響應(yīng)速度快速性：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。

e）、兩段母線進(jìn)線工作方式不確定性：兩段母線有可能獨(dú)立工作、有可能并聯(lián)工作、有可能一段進(jìn)線帶兩段負(fù)荷。

f）、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。

應(yīng)用效果說(shuō)明

a）、治理設(shè)備安裝如下所示：

b）、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)比表

治理前諧波頻譜圖

治理后諧波頻譜圖

總結(jié)

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。

（編自《電氣技術(shù)》，原文標(biāo)題為“有源濾波器在多晶硅行業(yè)中的應(yīng)用”，作者為許曉偉。）