晶体生长炉电能质量分布式补偿与品质提升方法与流程

本发明涉及一种晶体生长炉供电补偿系统，具体涉及一种晶体生长炉电能质量分布式补偿与品质提升方法，属于晶体生长炉供电补偿系统技术领域。

背景技术：

对于晶体生长炉来说，优质的电能质量非常重要，母线上的电流谐波会最终传导进入变压器，除了导致变压器损耗增加外，过大的谐波电流会导致变压器电压波动，影响晶体炉的控制效果；畸变的电压和电流会使整流效率和质量降低，时时刻刻影响晶体的质量；晶体生长炉现场存在很多不可控整流设备，外部输入380v/50hz的工频电源经三相桥路不可控整流成直流电压，经电容滤波及大功率晶体管开关元件逆变为频率可变的交流电压；在整流回路中，输入电流的波形为不规则的矩形波，波形按傅立叶级数分解为基波和各次谐波，谐波次数通常为6n±1次高次谐波，其中的高次谐波将干扰输入供电系统；由于谐波引起电压畸变、电流放大超出元器件额定的工作电压和电流，所以抗谐波主要是通过提高电容、开关等元器件的耐压和通流参数的方法从而提高补偿设备抗谐波干扰能力，但是元器件的物理参数是有一定限度的，电容合闸时仍会将谐波电流放大，倒送至电网，导致元器件经常损坏，所以此种方法不能从根本上解决谐波污染的问题；谐波抑制主要是通过在电容补偿回路中串联与之相匹配的电抗器同时提高电容、开关的物理参数，从而有效滤除电网中的部分谐波电流，一般30%左右，另外电容合闸时不会产生谐波电流放大，倒送至电网加重污染等问题，该方法既能有效抑制谐波，又能保证补偿设备正常工作；此种谐波治理方法是目前最经济也是最常用的有效方法，但是在谐波污染较为严重的情况下，此种方法不能从根源上彻底解决谐波污染状况，必须量身定做无源滤波器或有源滤波器；无源滤波器是指用电阻r/电感l/电容c等无源元件组合设计构成的滤波器，以对某次谐波或其以上次谐波形成低阻抗通路，以达到滤除谐波的作用；无源滤波装置是目前应用较为广泛的谐波治理手段，它是按照希望抑制的谐波次数专门量身制造的，采用电感、电容的调谐原理，将谐波陷落在滤波器中，以减少对电网的注入；特点：结构简单，技术己比较成熟，应用领域广泛，相比有源滤波成本较低，与抑制谐波方法相比成本较高，但是谐波滤除效果受电网阻抗及元器件品质参数影响较大，滤波参数容易发生漂移，自适应差，滤波不够彻底，所以需经常进行系统参数的校正，或重新设计；有源滤波方案是采用现代电力电子技术和基于高速dsp器件的数字信号处理技术制成的新型电力谐波治理专用设备。通过检测系统中的电流等信号，生成与电网谐波电流幅值相等、极性相反的补偿电流注入电网，对谐波电流进行补偿或抵消，主动消除电力谐波；特点是从原理上讲，可以基本完全滤除系统中的谐波，具有不用电感、体积小、重量轻等优点：但是技术相对不够成熟，价格太高，受硬件限制，容量较小，应用场合有限等；基于有源电力滤波器的谐波补偿原理是有源电力滤波器并联在含谐波负载的低压配电系统中，能够对动态变化的谐波电流进行快速实时的跟踪和补偿，其原理为：apf系列有源电力滤波器通过ct采集系统谐波电流，经控制器快速计算并提取各次谐波电流的含量，产生谐波电流指令，通过功率执行器件产生与谐波电流幅值相等方向相反的补偿电流，并注入电力系统中，从而抵消非线性负载所产生的谐波电流；现有技术中，晶体生长炉在apf的集中补偿方案是目前最常见的apf补偿安装方式，其基本原理如下图所示，在配电主变压器机房，集中配置apf配电柜，将apf统一安装；集中补偿的好处是工程量小，安装管理方便，而且安装位置离变压器近，对变压器补偿效果更好，更容易满足电网考核要求；因此集中补偿是很多企业第一选择；但其无法提高产品质量，由于现场晶体炉安装方式为一字串联，每个晶体炉都会产生谐波，在配电室集中补偿并不能有效降低母线上的谐波，特别是离变压器远的晶体炉；所以并联补偿不适合与本系统。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明提出了一种晶体生长炉电能质量分布式补偿与品质提升方法，根据现场的测试情况，最终确定分布式就地补偿的安装方式，并通过变压器端的有源滤波器消除入线端的干扰，及各个并接生长炉处的源滤波器之间的相互影响，生长炉并接的有源滤波器进行就地补偿、谐波不入公共母线，避免相互干涉；以每台晶体炉到母线的接点为目的点，将每个晶体生长炉的谐波就地补偿，不注入母线。

本发明的晶体生长炉电能质量分布式补偿与品质提升方法，所述方法具体如下：通过对每一晶体生长炉进线端并接一有源滤波器，有源滤波器实时检测电加热炉电流情况，通过数字运算将其电流中的谐波提取出来，apf发出与电加热炉谐波电流相反的补偿电流，实现谐波的相互叠加抵消；apf与原加热炉是并联关系，即使其发生故障等几乎不会影响加热炉工作，在实现治理谐波的功能下最大程度的降低了对加热炉自身的影响；并通过485通信总线将有源滤波器通信端连接到晶体炉电能质量集中管控平台形成分布式就地补偿系统；晶体炉电能质量集中管控平台采集每一有源滤波器检测数据和补偿数据，并完成协调控制；每一所述有源滤波器对每一晶体生长炉进行监测和自适应投切；另外，分布式就地补偿系统通过对母线进行监测，并通过有源滤波器实时补偿，消除各有源滤波器之间形成的干扰信号；由于晶体生长炉加热源存在整流电路导致配电系统中含有大量的5、7、11、13次等高次谐波，高次谐波不仅会影响设备的安全运行，增加次品率，还会导致无谓的电力损耗，本发明能够完成谐波治理，本发明适应性强，补偿效果好；由于生产工业和管理要求，同一时刻，每台晶体炉工作状况不一样，电流和谐波也不同，分布式按装的apf能够更好的适应每台晶体炉的生长工况，补偿效果更好，采用就地补偿、谐波不入公共母线，避免相互干涉，以每台晶体炉到母线的接点为目的点，将每个晶体生长炉的谐波就地补偿，不注入母线，避免相互干涉。

作为优选的实施方案，所述分布式就地补偿系统包括用于采集每一有源滤波器检测数据和补偿数据，并完成协调控制的晶体炉电能质量集中管控平台，及与电网电连接的进线柜；及与进线柜出线端电连接的变压器；及与变压器输出端电连接的母线，及通过支线电连接于母线上的多台晶体生长炉；每一所述支线上通过接入开关并接一有源滤波器；所述有源滤波器其ct采集模块电连接到晶体生长炉进线端；所述进线柜内侧并接有源电力滤波器和600kvarsvg。

本发明与现有技术相比较，本发明的晶体生长炉电能质量分布式补偿与品质提升方法；针对晶体生长炉特性，采用分布式就地补偿的解决方案，谐波不入公共母线，避免相互干涉，适应性强，补偿效果好；系统采用完全并联治理模式，安装、运行、维护过程均不影响原有晶体炉回路工作情况，无任何串接装置进入原有系统，安全可靠；在有限集中空间内高密度、多台apf同时补偿，自适应投切和协调控制，并引入母线端的有源滤波器，避免进线干扰和并联引发的谐振等问题；构建基于485通讯总线的晶体炉电能质量集中管控平台，完成总体监测和控制。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明的实施例2整体示意图。

图3为本发明的单个有源滤波器和生长炉并接示意图。

图4为本发明的有源滤波器安装前后对比图。

具体实施方式

实施例1：

如图1所示的晶体生长炉电能质量分布式补偿与品质提升方法，所述方法具体如下：通过对每一晶体生长炉进线端并接一有源滤波器，有源滤波器实时检测电加热炉电流情况，通过数字运算将其电流中的谐波提取出来，apf发出与电加热炉谐波电流相反的补偿电流，实现谐波的相互叠加抵消；apf与原加热炉是并联关系，即使其发生故障等几乎不会影响加热炉工作，在实现治理谐波的功能下最大程度的降低了对加热炉自身的影响；并通过485通信总线将有源滤波器通信端连接到晶体炉电能质量集中管控平台形成分布式就地补偿系统；晶体炉电能质量集中管控平台采集每一有源滤波器检测数据和补偿数据，并完成协调控制；每一所述有源滤波器对每一晶体生长炉进行监测和自适应投切；另外，分布式就地补偿系统通过对母线进行监测，并通过有源滤波器实时补偿，消除各有源滤波器之间形成的干扰信号；由于晶体生长炉加热源存在整流电路导致配电系统中含有大量的5、7、11、13次等高次谐波，高次谐波不仅会影响设备的安全运行，增加次品率，还会导致无谓的电力损耗，本发明能够完成谐波治理，本发明适应性强，补偿效果好；由于生产工业和管理要求，同一时刻，每台晶体炉工作状况不一样，电流和谐波也不同，分布式按装的apf能够更好的适应每台晶体炉的生长工况，补偿效果更好，采用就地补偿、谐波不入公共母线，避免相互干涉，以每台晶体炉到母线的接点为目的点，将每个晶体生长炉的谐波就地补偿，不注入母线，避免相互干涉。

其中，所述分布式就地补偿系统包括用于采集每一有源滤波器检测数据和补偿数据，并完成协调控制的晶体炉电能质量集中管控平台，及与电网电连接的进线柜1；及与进线柜出线端电连接的变压器2；及与变压器输出端电连接的母线3，及通过支线电连接于母线上的多台晶体生长炉4；每一所述支线上通过接入开关5并接一有源滤波器6；所述有源滤波器6其ct采集模块电连接到晶体生长炉4进线端；所述进线柜1内侧并接有源电力滤波器6和600kvarsvg7。

实施例2：

如图2所示，本发明晶体生长炉电能质量分布式补偿与品质提升方法，配电系统由两台容量2500kva电压6.3/0.4kv的变压器分别为24台晶体生长炉供电，每台晶体生长炉最大电流在130a左右；进线柜处配有两套250a的有源电力滤波器和600kvarsvg；根据晶体生长炉运行特点，分别选择升温过程和加热过程等不同晶体生长期间设备进行现场检测，电流检测位置位于设备配电箱根部与交流母线连接处，针对晶体生长炉产生的谐波污染问题，通过对晶体生长炉进行了电能质量测试，得到全面的现场数据，使晶体生长炉与有源电力滤波器达到最佳配合，测试时，对单个晶体生长炉以及变压器低压侧进行了系统测试，如图3所示，只运行一台滤波器的单个晶体生长炉电能质量状况，测量点位于图3测试点2处，通过安装的有源滤波器为就地补偿，将谐波对整个配电系统的影响降为最低，通过有源滤波器的启动和停止，分别测试滤波前后单个晶体生长炉电网侧的电能质量状况；通过图4数据可以看出，单台有源滤波器运行后，电压谐波畸变率由9.7%下降到9.3%，电流谐波畸变率由29.4%下降到4.6%，该台晶体生长炉产生的谐波电流基本滤除，输入电流恢复正弦波形，但由于母线上的有源滤波器和其它工作的晶体炉配套滤波器未运行，所以他们产生的谐波电流导致的电网电压畸变仍然存在，电压畸变率虽下降，仍然达到9.3%；从功率电能表中也可看出，该台晶体生长炉基波功率因数cosφ虽然为1，但滤波前总功率因数pf只有0.96，这是由谐波电流造成的功率因数下降；滤波后两个参数都为1，说明谐波电流被基本消除，其导致的功率因数降低也已不存在，该台晶体生长炉产生谐波带来的配电网损耗及危害已基本消除；随着我司有源滤波器的逐台开启，每台晶体生长炉产生的谐波均被就地补偿，整个配电系统电压畸变情况逐渐改善，最终开关柜处的有源滤波器和24台滤波器全部开启后，电压畸变率下降到最低，已不会对整个电网用电负荷造成影响。

本发明晶体生长炉电能质量分布式补偿与品质提升方法，可以提高电能质量，提高设备运行可靠性，减少因设备误动作而造成的经济损失；可以减少谐波电流在输配电线路上产生的损耗，同时降低用电设备发热，减少绝缘老化，从而提高设备的使用寿命，减少设备的维护费用；同时它也改善了晶体质量，使晶体的合格率有了大的提高。

上述实施例，仅是本发明的较佳实施方式，故凡依本发明专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本发明专利申请范围内。