有源滤波器在多晶硅行业中应用介绍

　　随着多晶硅的广泛使用，多晶硅行业发展也越来越迅速，随之而来就是大量整流装置、变频器、可控硅调温等非线性负载的使用，使得多晶硅供电系统和上级电网的电能质量受到严重污染，整个系统的安全运行存在较大的隐患，消除谐波、减少谐波危害、改善电能质量，是符合我国相关电能质量的规定，同时亦给企业安全生产、提高效益方面带来显著效果。

　　现状分析

　　青海黄河水电多晶硅公司供电系统存在大量的谐波源负载：整流还原炉（12脉）、制氢设备（12脉）、可控硅调温设备（6脉）、UPS设备（6脉）等，这就使得在该供电体统中存在大量的谐波电流，谐波电流主要以5、7、11、13次为主；大量谐波的存在严重干扰了其他负载的安全运行、产生计量误差、影响设备使用寿命。

　　治理措施

　　1方案的确定

　　在该系统中有源系统功率因数比较高，而谐波频谱多样化，采用传统的无源滤波很难达到实际的滤除效果：无源滤波器滤除效果依赖于系统阻抗和滤波设备容量。而高功率数就决定了其容量受到限制，因此需采用有源滤波器进行谐波治理。

　　2设备工作原理及方案实施

　　（1）原理：实时检测电网中负载电流，快速分离出谐波电流分量，并根据谐波电流的大小产生控制指令，实时产生大小相等、方向相反的补偿电流注入到电网中，实现瞬时谐波电流滤除。

　　

　　图1

　　

　　图2

　　图1是有源滤波装置治理谐波污染的原理示意图，其治理目标是要在电源侧得到只含有50Hz正弦波的电流。其中IL为非线性负载电流，Ic为有源滤波器发出的补偿电流，Is为电源侧总电流。有源滤波器投入前Is等于IL，图2为有源滤波器投入后TEK示波器记录的三个电流的波形，最上面的是谐波含量丰富的非线性负载电流IL，中间是有源滤波装置发出的补偿电流Ic，最下面的是补偿后的谐波含量很小的总电流Is。

　　（2）、技术难点：

　　a）、海拔2500M、电压等级为10kV：要求有源设备突破常规设计，高压设备常规1000M，常规电压等级为400V、690V。

　　b）、检测信号多：根据现有的电气系统进行信号检测，检测电流信号多且各种电流互感器变比不同，需要有源设备具有完善的全面信号检测系统，以保证完整信号的正确采取。

　　c）、电流互感器二次侧额定电流为1A：要求信号处理系统的精确性和及时性，系统处理分析后能准确实时反应系统电流状况，最大限度降低失真度。

　　d）、响应速度快速性：检测信号的方法多样性、距离远，远比低压有源就近治理要求更高，这就要求响应速度更快。

　　e）、两段母线进线工作方式不确定性：两段母线有可能独立工作、有可能并联工作、有可能一段进线带两段负荷。

　　f）、控制策略特殊性：PI控制和重复控制的复合控制策略，无静差策略分析、双闭环控制。

　　应用效果说明

　　a）、治理设备安装如下所示：

　　

　　3　　b）、治理前后效果对比：以制氢站为例，主要谐波源为三台整流变（2500kVA，10kV/0.22kV/0.22kV），每段母线所需有源容量为400A（折算到400V侧）。

　　

　　治理前后主要次谐波电流对比表

　　

　　治理前谐波频谱图

　　

　　治理后谐波频谱图

　　总结

　　针对多晶硅等高压谐波治理工况，上海追日电气公司的有源滤波器突破传统无源滤波技术的局限，充分发挥了其滤波范围广、容量不受系统自然功率因数限制等特点，有效地解决了供电系统中存在的谐波污染问题，同时也达到了不向供电上级系统注入谐波电流的规范要求，实践证明是非常有效的。