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(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)和上級電網的電能質量受到嚴重污染，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、改善電能質量，是符合我國相關電能質量的規(guī)定，同時亦給企業(yè)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(tǒng)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(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(tǒng)中有源系統(tǒng)功率因數比較高，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(fā)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(fā)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(guī)設計，高壓設備常規(guī)1000M，常規(guī)電壓等級為400V、690V。

(2)檢測信號多：根據現有的電氣系統(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(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(tǒng)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