電子半導(dǎo)體行業(yè)電能質(zhì)量監(jiān)測與治理系統(tǒng)解決方案

王曉昭

摘要：本土半導(dǎo)體材料廠商不斷提升半導(dǎo)體產(chǎn)品技術(shù)水平和研發(fā)能力，逐漸打破了國外半導(dǎo)體廠商的壟斷格局，推進(jìn)中國半導(dǎo)體材料國產(chǎn)化進(jìn)程，促進(jìn)中國半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展。半導(dǎo)體產(chǎn)品的制造使用到的設(shè)備如單晶爐、多晶爐等都是惡性的諧波源，這些設(shè)備產(chǎn)生的諧波會污染電力系統(tǒng)，影響系統(tǒng)的供電質(zhì)量。因此這些生產(chǎn)半導(dǎo)體的電子廠房需要一套系統(tǒng)解決方案，有效解決其產(chǎn)生的電能質(zhì)量問題。

關(guān)鍵詞：半導(dǎo)體行業(yè)；電能質(zhì)量；電能質(zhì)量監(jiān)測與治理；系統(tǒng)解決方案

半導(dǎo)體是許多工業(yè)整機(jī)設(shè)備的核心，普遍應(yīng)用于計算機(jī)、通信、消費電子、汽車、工業(yè)/醫(yī)療、軍事等核心領(lǐng)域。為鼓勵半導(dǎo)體材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展，突破產(chǎn)業(yè)瓶頸，我國出臺等多項政策支持半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)展，為半導(dǎo)體材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供良好的發(fā)展環(huán)境。半導(dǎo)體等電子廠房相較于其他工業(yè)類廠房，主要特殊之處在于其潔凈等級要求高，光刻機(jī)、等離子注入機(jī)等精密設(shè)備的電源質(zhì)量和電壓等級要求高。生產(chǎn)半導(dǎo)體的廠房使用到的大部分電子產(chǎn)品采用了非線性的可控變流裝置、變頻調(diào)速裝置等負(fù)荷，其產(chǎn)生的諧波問題導(dǎo)致了公用電網(wǎng)電能品質(zhì)降低。若不治理，不僅會影響設(shè)備的正常運行，嚴(yán)重時甚至?xí){患者的生命安全，因此對半導(dǎo)體廠房供配電系統(tǒng)電能質(zhì)量治理的深入分析研究勢在必行。

半導(dǎo)體芯片加工電子廠房生產(chǎn)制造配電系統(tǒng),主要諧波負(fù)載為主要諧波源為單晶爐、多晶爐、各類精密設(shè)備、照明及變頻通風(fēng)設(shè)備、計算機(jī)及UPS等。

目前大多數(shù)單晶爐是采用中頻感應(yīng)電源加熱的工作方式，中頻電源主電路包括整流電路、濾波電路、單相橋式逆變電路和并聯(lián)諧振電路。其中整流電路采用三相全控橋式整流電路，作用是將三相50Hz工頻交流電壓整流成波動的直流電壓。單晶爐的中頻電源產(chǎn)生諧波電流僅含(k=1,2,3…)次。

單晶爐、多晶爐、IC測試臺、PLC控制的機(jī)械手、芯片制造用的晶圓機(jī)或變頻控制的半導(dǎo)體機(jī)臺都會產(chǎn)生大量的諧波，他們不但會造成機(jī)臺設(shè)備自身的壞機(jī)現(xiàn)象，回流進(jìn)電網(wǎng)的諧波電流還會引起其它回路的發(fā)熱，電子開關(guān)誤動作、供電電壓不穩(wěn)，甚至生產(chǎn)線停線、半成品的報廢，其損失不可謂不大。而且高能設(shè)備如：外延設(shè)備、擴(kuò)散設(shè)備、離子注入設(shè)備的頻繁加卸載，更加重了用電環(huán)境的惡化。

導(dǎo)致電網(wǎng)功率消耗變大、設(shè)備試用時間降低、接地保護(hù)功能和遙控功能出現(xiàn)異常、線路與設(shè)備熱量變大等，特別是三次諧波導(dǎo)致非常大的中性線電流，造成配電變壓器零線電流大于相線電流數(shù)值，致使設(shè)備不能平穩(wěn)運行。因此，諧波還能引發(fā)造成諧振在電網(wǎng)中發(fā)生，則會將運行正常的供電停止、情況嚴(yán)重、電網(wǎng)解裂等情況發(fā)生。諧振造成變電站局部并聯(lián)與串聯(lián)，致使電壓互感器設(shè)施損壞；造成變電站系統(tǒng)當(dāng)中的設(shè)備與元件生成附加的諧波損耗，導(dǎo)致電力變壓器、電力電纜、電動機(jī)等設(shè)備溫度上升，電容器損壞，進(jìn)而促進(jìn)了絕緣材料發(fā)生質(zhì)變的速率。

第一，失火造成災(zāi)害。有些意外失火狀況的起因多數(shù)跟電力諧波有聯(lián)系?，F(xiàn)階段節(jié)能燈、調(diào)光器設(shè)施中關(guān)開電源很普及，*初為了節(jié)約能源，之后這些設(shè)施卻產(chǎn)生了諧波源，導(dǎo)致電網(wǎng)的危險系數(shù)增加,中性線電流變大，嚴(yán)重的超出線電流，造成失火的潛在安全風(fēng)險。第二，有關(guān)設(shè)備損壞。電能質(zhì)量會影響繼電保護(hù)、計算機(jī)系統(tǒng)與精細(xì)儀器和機(jī)械等，造成其不能平穩(wěn)運轉(zhuǎn)和操控，減少設(shè)施利用期限，進(jìn)而導(dǎo)致繼電保護(hù)錯誤操作出現(xiàn)可避免的意外損失，造成不同情況的干擾。第三，通信擾亂。其電網(wǎng)擾亂的主要因素為發(fā)生諧波，通過基本靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)，經(jīng)過通信線路導(dǎo)致聲頻混亂。其諧波頻率提升，則會有雜音問題，通過通信線路上導(dǎo)致音頻混亂。

第一，電力電容器產(chǎn)生的影響。而電容器在電網(wǎng)無功配置容量中占有比重很大，其中少數(shù)電容器安排只參照無功補(bǔ)償量，不會參照裝置點電能質(zhì)量現(xiàn)實存在的污染狀況。惡劣情況下會出現(xiàn)串聯(lián)并聯(lián)諧振，造成電容器諧波過電壓與過電流，導(dǎo)致電容器開裂；第二，變壓器產(chǎn)生影響。諧波電流在變壓器中發(fā)生，致使銅耗提高，造成局部過熱、震蕩、聲音變大、繞組附加過熱等；第三，同步發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的影響。在系統(tǒng)里面的同步發(fā)電機(jī)中流入負(fù)序電流與諧波電流，造成多余的損耗，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)局部過熱，絕緣力度降低。第四，自動控制器產(chǎn)生的影響?，F(xiàn)如今，數(shù)字控制技術(shù)已投入到更加廣泛領(lǐng)域，諸多精細(xì)負(fù)載針對受電電能質(zhì)量指標(biāo)有更高要求?；诖耍娔苜|(zhì)量被沾上臟物則會導(dǎo)致設(shè)備的監(jiān)測模塊中引發(fā)畸變量、擾亂一般分解計算、造成出錯的輸出結(jié)果的損害。

• 對電能質(zhì)量要求高:

• 負(fù)載中含有多種諧波源，配電諧波含量較高

• 諧波主要以6N土1次諧波為主

• 存在大量變頻設(shè)備，變頻設(shè)備之間存在相互諧振風(fēng)險.

半導(dǎo)體芯片制造業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中起著舉足輕重的作用，相關(guān)企業(yè)的規(guī)模也越來越大，其供配電系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠的運維不僅是其安全生產(chǎn)的基本保證，還關(guān)系到產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)的順利進(jìn)行。集成電路芯片制造關(guān)鍵設(shè)備多、工位器具多、工藝步驟繁多復(fù)雜。除供配電系統(tǒng)外，還需傳送系統(tǒng)、超純水凈化系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、氣冷風(fēng)冷系統(tǒng)、特殊氣體分配系統(tǒng)來保證生產(chǎn)過程的順利實施以及關(guān)鍵設(shè)備的安全運行。由于整個工廠的生產(chǎn)條件*終通過電能供給來實現(xiàn)，因此半導(dǎo)體芯片制造對供電質(zhì)量要求特別高。

安科瑞電氣提出的電能質(zhì)量監(jiān)測與治理系統(tǒng)解決方案可滿足電力監(jiān)控管理、運維與電能質(zhì)量治理等方面的需求，致力于為高速公路行業(yè)用戶提供一站式的整體解決方案，從產(chǎn)品、系統(tǒng)、服務(wù)等不同方面來滿足用戶的需要，為用戶創(chuàng)造價值。

• 電能質(zhì)量監(jiān)測與治理系統(tǒng)即可通過本地設(shè)備為用戶提供電能質(zhì)量監(jiān)測、治理與設(shè)備運維等功能，亦可通過接入AcrelEMS-SEMI電站廠房能效管理平臺，為用戶提供遠(yuǎn)程在線服務(wù)；

• 符合GB/T17626.30-2012中A級準(zhǔn)確度測量方法，適用于要求準(zhǔn)確測量電能質(zhì)量指標(biāo)參數(shù)的場合；

• 專業(yè)化的電能質(zhì)量監(jiān)測：電能質(zhì)量實時在線監(jiān)測，測量精度高、測得準(zhǔn)，符合IEC61000-4-30標(biāo)準(zhǔn)；

• 電能質(zhì)量監(jiān)測與治理裝置信息互聯(lián)，通過統(tǒng)一平臺管理，方便用戶同時監(jiān)測電網(wǎng)電能質(zhì)量以及治理數(shù)據(jù)；

• 采用三電平電力電子驅(qū)動器件，通過更多的電平輸出更高品質(zhì)的治理波形。

• 對電網(wǎng)電能質(zhì)量高精度的實時監(jiān)控，包括電壓偏差、頻率偏差、諧波、電壓波動、閃變、三相電壓不平衡等。同時可對故障事件進(jìn)行記錄，對監(jiān)測點負(fù)荷曲線及電壓電流、電壓偏差、不平衡度、閃變等進(jìn)行趨勢分析，用戶可以通過系統(tǒng)查看發(fā)生告警的事件波形、趨勢分析，亦可根據(jù)監(jiān)測點的電能質(zhì)量情況統(tǒng)計分析生成電能質(zhì)量診斷報告。

• 通過集中補(bǔ)償+就地補(bǔ)償?shù)闹卫聿呗裕咝У难a(bǔ)償整個數(shù)據(jù)中心的無功和諧波，提高數(shù)據(jù)中心內(nèi)系統(tǒng)電能質(zhì)量、用電設(shè)備供電效率，大幅度降低設(shè)備故障率，達(dá)到數(shù)據(jù)中心內(nèi)自動化設(shè)備對電源質(zhì)量的要求，可有效解決諧波的干擾及誤跳閘問題。

• 系統(tǒng)提供多維度的用電指標(biāo)統(tǒng)計與電能數(shù)據(jù)分析工具，為配電系統(tǒng)運行管理優(yōu)化和節(jié)能損耗提供指導(dǎo)。

電子廠房內(nèi)會使用到如風(fēng)機(jī)、空調(diào)等等電器，這些電器分布較為分散，且單一的設(shè)備產(chǎn)生的諧波量較少，且為確保無功功率因數(shù)達(dá)到國標(biāo)要求值，避免罰款，在配電房處對這些負(fù)載產(chǎn)生的電能質(zhì)量問題進(jìn)行集中治理，同時也可對整個低壓供配電系統(tǒng)進(jìn)行電能質(zhì)量在線監(jiān)測，其中包含諧波分析、波形采樣、電壓暫降/暫升/中斷、閃變監(jiān)測等，其集中治理的產(chǎn)品選型見表1。

表1電能質(zhì)量監(jiān)測及集中治理產(chǎn)品選型表

設(shè)備名稱		產(chǎn)品型號		產(chǎn)品圖片	功能特性
電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置		APView500			電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置，集諧波分析、波形采樣、電壓暫降/暫升/中斷、閃變監(jiān)測、電壓不平衡度監(jiān)測、事件記錄、測量控制等功能為一體，能夠滿足110kV及以下供電系統(tǒng)電能質(zhì)量監(jiān)測的要求
APM系列 多功能網(wǎng)絡(luò)儀表		APM830			全電參量測量（三相I、U、kW、kVar、kVA、Hz、cosφ）、電能統(tǒng)計（kWh、kVarh）、電能質(zhì)量分析（總諧波、奇/偶諧波、波形記錄、暫態(tài)記錄)及網(wǎng)絡(luò)通訊。
有源諧波治理系統(tǒng)	AnSin *博客內(nèi)容為網(wǎng)友個人發(fā)布，僅代表博主個人觀點，如有侵權(quán)請聯(lián)系工作人員刪除。 關(guān)鍵詞： 半導(dǎo)體行業(yè) 電能質(zhì)量 電能質(zhì)量監(jiān)測與治理 相關(guān)推薦 汽車，半導(dǎo)體行業(yè)下一個“富礦” 汽車電子 汽車 半導(dǎo)體行業(yè) “富礦” | 2020-04-23 直流和交流真的永遠(yuǎn)對立嗎？ 設(shè)計方案 逆變器 紋波電壓 電能質(zhì)量 諧波檢測 | 2015-08-11 Dsp在配網(wǎng)自動化系統(tǒng)終端中的應(yīng)用 資源下載 DSP ADSP2181 配電終端 故障檢測 電能質(zhì)量 | 2007-02-16 基于DSP/BIOS的電能質(zhì)量監(jiān)測終端設(shè)計 設(shè)計方案 DSP/BIOS 電能質(zhì)量 監(jiān)測終端 | 2015-07-01 基于DSP/BIOS在電能質(zhì)量監(jiān)測終端中的應(yīng)用 設(shè)計方案 BIOS 電能質(zhì)量 DSP 監(jiān)測終端 | 2015-06-30 ARM在中國市場進(jìn)入收獲期 資源下載 ARM 中國市場 收獲期 半導(dǎo)體行業(yè) IP公司 技術(shù)方案 技術(shù)路線 知識產(chǎn)權(quán)戰(zhàn)略 | 2009-04-12 電能質(zhì)量監(jiān)測第1部分：符合標(biāo)準(zhǔn)的電能質(zhì)量測量的重要性 電源與新能源 ADI 電能質(zhì)量 | 2023-02-27 SEMICON China上海開幕：中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)上半年逆勢上揚 嵌入式系統(tǒng) 上海 半導(dǎo)體行業(yè) 美元 半導(dǎo)體 新冠肺炎 SEMICON China | 2020-06-28 基于K60的電能質(zhì)量分析儀 設(shè)計方案 電能質(zhì)量 電能污染 電能質(zhì)量分析儀 | 2015-01-27 2024年十大半導(dǎo)體發(fā)展趨勢 EDA/PCB 半導(dǎo)體行業(yè) | 2024-03-25 供電質(zhì)量對電氣設(shè)備的影響有多大？ 13248237207 | 2020-06-02 儲能行業(yè)電能質(zhì)量問題的應(yīng)用方案 設(shè)計方案 電能質(zhì)量 | 2023-10-07 接地、EMI 和電能質(zhì)量之間的關(guān)系 元件/連接器 EMI 電能質(zhì)量 | 2023-05-26 芯片業(yè)的「苦日子」快到頭了 嵌入式系統(tǒng) 半導(dǎo)體行業(yè) | 2023-04-24 多家機(jī)構(gòu)給出2024年半導(dǎo)體市場預(yù)測，我國半導(dǎo)體市場有望復(fù)蘇 國際視野 半導(dǎo)體行業(yè) 市場分析 | 2023-12-08 半導(dǎo)體行業(yè)如何助力“綠色低碳”目標(biāo)？ 國際視野 半導(dǎo)體行業(yè) 綠色低碳 | 2023-03-21 14年后 全球半導(dǎo)體行業(yè)突然按下“暫停鍵”：減支力度高達(dá)19% EDA/PCB 半導(dǎo)體行業(yè) 市場 IC Insights | 2022-11-24 電能質(zhì)量及其控制技術(shù)的研究進(jìn)展 資源下載 電能質(zhì)量 控制技術(shù) 交流輸電系統(tǒng) 供電可靠性 | 2007-04-19 吹響反彈號角，機(jī)構(gòu)預(yù)測 2024 年全球半導(dǎo)體收入將增長 17% 國際視野 半導(dǎo)體行業(yè) 市場分析 | 2023-12-05 上一篇：風(fēng)力發(fā)電場集中監(jiān)控系統(tǒng)解決方案 下一篇：降低開關(guān)電源的EMI的方法 技術(shù)專區(qū) FPGA DSP MCU 示波器 步進(jìn)電機(jī) Zigbee LabVIEW Arduino RFID NFC STM32 Protel GPS MSP430 Multisim 濾波器 CAN總線 開關(guān)電源 單片機(jī) PCB USB ARM CPLD 連接器 MEMS CMOS MIPS EMC EDA ROM 陀螺儀 VHDL 比較器 Verilog 穩(wěn)壓電源 RAM AVR 傳感器 可控硅 IGBT 嵌入式開發(fā) 逆變器 Quartus RS-232 Cyclone 電位器 電機(jī)控制 藍(lán)牙 PLC PWM 汽車電子 轉(zhuǎn)換器 電源管理 信號放大器 關(guān)閉