隨著多晶硅的廣泛使用，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、可控硅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。

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。

治理措施

1 方案的確定

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 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

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。

（2）、技術難點：

a）、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。

b）、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。

c）、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。

d）、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。

e）、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。

f）、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。

應用效果說明

a）、治理設備安裝如下所示：

b）、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表

治理前諧波頻譜圖

治理后諧波頻譜圖

總結

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。

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