摘要： 在國家鼓勵半導體 材(cai)料(liao)國(guo)產(chan)化(hua)的(de)政(zheng)策(ce)導(dao)向(xiang)下(xia)，本(ben)土(tu)半(ban)導(dao)體(ti)材(cai)料(liao)廠(chang)商(shang)不(bu)斷(duan)提(ti)升(sheng)半(ban)導(dao)體(ti)產(chan)品(pin)技(ji)術(shu)水(shui)平(ping)和(he)研(yan)發(fa)能(neng)力(li)，逐(zhu)漸(jian)打(da)破(po)了(le)國(guo)外(wai)半(ban)導(dao)體(ti)廠(chang)商(shang)的(de)壟(long)斷(duan)格(ge)局(ju)，推(tui)進(jin)中(zhong)國(guo)半(ban)導(dao)體(ti)材(cai)料(liao)國(guo)產(chan)化(hua)進(jin)程(cheng)，促(cu)進(jin)中(zhong)國(guo)半(ban)導(dao)體(ti)行(xing)業(ye)的(de)發(fa)展(zhan)。半(ban)導(dao)體(ti)產(chan)品(pin)的(de)製(zhi)造(zao)使(shi)用(yong)到(dao)的(de)設(she)備(bei)如(ru)單(dan)晶(jing)爐(lu)、多晶爐等都是惡性的諧波源，這些設備產生的諧波會汙染電力係統，影響係統的供電質量。因此這些生產半導體的電子 廠房需要一套係統解決方案，有效解決其產生的電能質量問題。關鍵詞： 半導體行業；電能質量；電能質量監測與治理；係統解決方案
1引言
半導體是許多工業整機設備的核心，普遍應用於計算機、通信、消費電子、汽車、工業/yiliaodenghexinlingyu。weigulibandaoticailiaochanyefazhan，tupochanyepingjing，woguochuledengduoxiangzhengcezhichibandaotixingyefazhan，weibandaoticailiaochanyedefazhantigonglianghaodefazhanhuanjing。bandaotidengdianzichangfangxiangjiaoyuqitagongyeleichangfang，zhuyaoteshuzhichuzaiyuqijiejingdengjiyaoqiugao，guangkeji、等離子注入機等精mi設備的電源質量和電壓 等級要求高。生產半導體的廠房使用到的大部分電子產品采用了非線性的可控變流裝置、變bian頻pin調tiao速su裝zhuang置zhi等deng負fu荷he，其qi產chan生sheng的de諧xie波bo問wen題ti導dao致zhi了le公gong用yong電dian網wang電dian能neng品pin質zhi降jiang低di。若ruo不bu治zhi理li，不bu僅jin會hui影ying響xiang設she備bei的de正zheng常chang運yun行xing，嚴yan重zhong時shi甚shen至zhi會hui威wei脅xie患huan者zhe的de生sheng命ming安an全quan，因yin此ci對dui半ban導dao體ti廠chang房fang供gong配pei電dian係xi統tong電dian能neng質zhi量liang治zhi理li的de深shen入ru分fen析xi研yan究jiu勢shi在zai必bi行xing。 2諧波源分析
半導體芯片加工電子廠房生產製造配電係統 ,主要諧波負載為主要諧波源為單晶爐、多晶爐、各類 精 mi 設備、照明及變頻通風設備、計算機及 UPS等。
目前大多數單晶爐是采用中頻感應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並聯諧振電路。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生諧波電流 僅含file:///C:/Users/TANGXI~1/AppData/Local/Temp/ksohtml16708/wps3.png(k=1,2,3…)次。 單晶爐、多晶爐、IC測試台、PLC 控製的機械手、xinpianzhizaoyongdejingyuanjihuobianpinkongzhidebandaotijitaidouhuichanshengdaliangdexiebo，tamenbudanhuizaochengjitaishebeizishendehuaijixianxiang，huiliujindianwangdexiebodianliuhaihuiyinqiqitahuiludefare，dianzikaiguanwudongzuo、供電電壓不穩，甚至生產線停線、半成品的報廢，其損失不可謂不大。而且高能設備如：外延設備、擴散設備、離子注入設備的頻繁加卸載，更加重了用電環境的惡化。 3諧波影響 3 .1 對電網的影響
導致電網功率消耗變大、設備試用時間降低、接地保護功能和遙控功能出現異常、線路與設備熱量變大等，特別是三次諧波導致非常大的中性線電流，造成配電變壓器 零線電流大於相線電流數值，致使設備不能平穩運行。因此，諧波還能引發造成諧振在電網中發生，則會將運行正常的供電停止、情況嚴重、電網解裂等情況發生。諧振造成變電站局部並聯與串聯，致使電壓互感器設施損壞；造成變電站係統當中的設備與元件生成附加的諧波損耗，導致電力變壓器、電力電纜、電動機 等設備溫度上升，電容 器損壞，進而促進了絕緣材料發生質變的速率。 3 . 2 對用電安全造成的影響
一，失火造成災害。有些意外失火狀況的起因多數跟電力諧波有聯係。現階段節能燈、調光器設施中關開電源很普及，開始為了節約能源，之後這些設施卻產生了諧波源，導致電網的危險係數增加,中性線電流變大，嚴重的超出線電流，造成失火的潛在安全風險。二，有關設備損壞。電能質量會影響繼電保護、計(ji)算(suan)機(ji)係(xi)統(tong)與(yu)精(jing)細(xi)儀(yi)器(qi)和(he)機(ji)械(xie)等(deng)，造(zao)成(cheng)其(qi)不(bu)能(neng)平(ping)穩(wen)運(yun)轉(zhuan)和(he)操(cao)控(kong)，減(jian)少(shao)設(she)施(shi)利(li)用(yong)期(qi)限(xian)，進(jin)而(er)導(dao)致(zhi)繼(ji)電(dian)保(bao)護(hu)錯(cuo)誤(wu)操(cao)作(zuo)出(chu)現(xian)可(ke)避(bi)免(mian)的(de)意(yi)外(wai)損(sun)失(shi)，造(zao)成(cheng)不(bu)同(tong)情(qing)況(kuang)的(de)幹(gan)擾(rao)。第(di)三(san)，通(tong)信(xin)擾(rao)亂(luan)。其(qi)電(dian)網(wang)擾(rao)亂(luan)的(de)主(zhu)要(yao)因(yin)素(su)為(wei)發(fa)生(sheng)諧(xie)波(bo)，通(tong)過(guo)基(ji)本(ben)靜(jing)電感 應和電磁感應，經過通信線路導致聲頻混亂。其諧波頻率提升，則會有雜音問題，通過通信線路上導致音頻混亂。 3 . 3 諧波對於電氣設備產生的影響
一，電力電容器 產chan生sheng的de影ying響xiang。而er電dian容rong器qi在zai電dian網wang無wu功gong配pei置zhi容rong量liang中zhong占zhan有you比bi重zhong很hen大da，其qi中zhong少shao數shu電dian容rong器qi安an排pai隻zhi參can照zhao無wu功gong補bu償chang量liang，不bu會hui參can照zhao裝zhuang置zhi點dian電dian能neng質zhi量liang現xian實shi存cun在zai的de汙wu染ran狀zhuang況kuang。惡e劣lie情qing況kuang下xia會hui出chu現xian串chuan聯lian並bing聯lian諧xie振zhen，造zao成cheng電dian容rong器qi諧xie波bo過guo電dian壓ya與yu過guo電dian流liu，導dao致zhi電dian容rong器qi開kai裂lie；二，變壓器產生影響。諧波電流在變壓器中發生，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；disan，tongbufadianjichanshengdeyingxiang。zaixitonglimiandetongbufadianjizhongliurufuxudianliuyuxiebodianliu，zaochengduoyudesunhao，daozhifadianjijubuguore，jueyuanlidujiangdi。disi，zidongkongzhiqichanshengdeyingxiang。xianrujin，shuzikongzhijishuyitourudaogengjiaguangfanlingyu，zhuduojingxifuzaizhenduishoudiandiannengzhiliangzhibiaoyougenggaoyaoqiu。jiyuci，diannengzhiliangbeizhanshangzangwuzehuidaozhishebeidejiancemokuaizhongyinfajibianliang、擾亂一般分解計算、造成出錯的輸出結果的損害。 4電子半導體行業電能質量監測和治理係統解決方案 4 .1 行業特征
l 對電能質量要求高:
l 負載中含有多種諧波源，配電諧波含量較高
l 諧波主要以6N土1次諧波為主
l 存在大量變頻設備，變頻設備之間存在相互諧振風險.
4 .2 解決方案
半導體芯片製造業在國民經濟中起著舉足輕重的作用，相關企業的規模也越來越大，其供配電係統穩定、可靠的運維不僅是其安全生產的基本保證，還關係到產品質量和生產的順利進行。集成電路 芯片製造關鍵設備多、工位器具多、工藝步驟繁多複雜。除供配電係統外，還需傳送係統、超純水淨化係統、真空係統、氣冷風冷係統、特te殊shu氣qi體ti分fen配pei係xi統tong來lai保bao證zheng生sheng產chan過guo程cheng的de順shun利li實shi施shi以yi及ji關guan鍵jian設she備bei的de安an全quan運yun行xing。由you於yu整zheng個ge工gong廠chang的de生sheng產chan條tiao件jian後hou來lai通tong過guo電dian能neng供gong給gei來lai實shi現xian，因yin此ci半ban導dao體ti芯xin片pian製zhi造zao對dui供gong電dian質zhi量liang要yao求qiu特te別bie高gao。 安科瑞電氣提出的電能質量監測與治理係統解決方案可滿足電力監控管理、運維與電能質量治理等方麵的需求，致力於為高速公路行業用戶提供一站式的整體解決方案，從產品、係統、服務等不同方麵來滿足用戶的需要，為用戶創造價值。
4 .3 方案特點
l 電能質量監測與治理係統即可通過本地設備為用戶提供電能質量監測、治理與設備運維等功能，亦可通過接入AcrelEMS-SEMI電站廠房能效管理平台，為用戶提供遠程在線服務；
l 符合GB/T17626.30-2012中A級準確度測量方法，適用於要求準確測量電能質量指標參數的場合；
l 專業化的電能質量監測：電能質量實時在線監測，測量精度高、測得準，符合IEC61000-4-30標準；
l 電能質量監測與治理裝置信息互聯，通過統一平台管理，方便用戶同時監測電網電能質量以及治理數據；
l 采用三電平電力電子 驅動器件，通過更多的電平輸出更高品質的治理波形。 4 .4 方案效果
l 對電網電能質量高精度的實時監控，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行記錄，對監測點負荷曲線及電壓電流、電壓偏差、不平衡度、閃變等進行趨勢分析，用戶可以通過係統查看發生告警的事件波形、趨勢分析，亦可根據監測點的電能質量情況統計分析生成電能質量診斷報告。
l 通過集中補償+就地補償的治理策略，較好的補償整個數據中心的無功和諧波，提高數據中心內係統電能質量、用電設備供電效率，大幅度降低設備故障率，達到數據中心內自動化 設備對電源質量的要求，可有效解決諧波的幹擾及誤跳閘問題。 l 係統提供多維度的用電指標統計與電能數據分析工具，為配電係統運行管理優化和節能損耗提供指導。
5安科瑞電能質量監測與治理係統產品選型 5 .1 集中治理
電子廠房內會使用到如風機、空kong調tiao等deng等deng電dian器qi，這zhe些xie電dian器qi分fen布bu較jiao為wei分fen散san，且qie單dan一yi的de設she備bei產chan生sheng的de諧xie波bo量liang較jiao少shao，且qie為wei確que保bao無wu功gong功gong率lv因yin數shu達da到dao國guo標biao要yao求qiu值zhi，避bi免mian罰fa款kuan，在zai配pei電dian房fang處chu對dui這zhe些xie負fu載zai產chan生sheng的de電dian能neng質zhi量liang問wen題ti進jin行xing集ji中zhong治zhi理li，同tong時shi也ye可ke對dui整zheng個ge低di壓ya供gong配pei電dian係xi統tong進jin行xing電dian能neng質zhi量liang在zai線xian監jian測ce，其qi中zhong包bao含han諧xie波bo分fen析xi、波形采樣、電壓暫降 /暫升/中斷、閃變監測等，其集中治理的產品選型見表1。
表 1電能質量監測及集中治理產品選型表
電能質量在線監測裝置，集諧波分析、波形采樣、電壓暫降 /暫升/中斷、閃變監測、電壓不平衡度監測、事件記錄、測量控製等功能為一體，能夠滿足110kV及以下供電係統電能質量監測的要求
全電參量測量（三相 I、U、kW、kVar、kVA、Hz、cosφ）、電能統計（kWh、kVarh）、電能質量分析（總諧波、奇/偶諧波、波形記錄、暫態記錄)及網絡通訊。
兼補諧波和無功，可對 2～51次諧波進行全補償或 選定 特定次諧波進行補償；
具備完善的橋臂過流、直流過壓保護、裝置過溫保護功能；
具備動態過溫降載功能；
有源諧波治理係統除作為本地終端為用戶提供電能質量監測、治理與設備運維等功能外，亦可通過接入 AcrelEMS企業微電網能效管理平台，為用戶提供遠程在線服務。
具備無功功率線性補償、三相電流平衡治理和穩定電壓的功能，同時可濾除 5、7、11、13次以內的諧波；
具備自動檢測運行、測量監視和定值設定功能；
具備智能散熱和無極調速的功能；
具備動態擴容功能，支持插拔，方便更換；
具備過壓切除、過壓閉鎖、欠壓切除、超溫告警等保護功能；
有you源yuan無wu功gong補bu償chang係xi統tong配pei備bei有you數shu據ju處chu理li與yu分fen析xi平ping台tai，通tong過guo對dui采cai集ji到dao的de用yong戶hu現xian場chang數shu據ju與yu補bu償chang設she備bei補bu償chang算suan法fa相xiang結jie合he，為wei用yong戶hu提ti供gong定ding製zhi化hua的de電dian能neng質zhi量liang治zhi理li服fu務wu，
響應時間快，精度高、運行穩定，
采用 DSP＋FPGA高速檢測和運算的數字控製係統監控及顯示係統；
同時具備諧波治理、無功功率線性補償與三相電流平衡治理和穩定電壓的功能；
諧波補償次數： 2-51次，可對2次～31次諧波電流進行全補償，或僅對 選定 諧波進行補償；
具備遠程通訊接口功能，並可通過 PC機進行實時監控；
5 . 2就地治理
電子廠房在生產半導體器件的過程中需要使用到可控變流裝置、變(bian)頻(pin)調(tiao)速(su)裝(zhuang)置(zhi)等(deng)負(fu)荷(he)，這(zhe)些(xie)設(she)備(bei)在(zai)運(yun)行(xing)過(guo)程(cheng)中(zhong)會(hui)產(chan)生(sheng)大(da)量(liang)的(de)諧(xie)波(bo)汙(wu)染(ran)電(dian)網(wang)，如(ru)果(guo)不(bu)從(cong)源(yuan)頭(tou)治(zhi)理(li)會(hui)影(ying)響(xiang)到(dao)電(dian)壓(ya)的(de)畸(ji)變(bian)率(lv)，會(hui)造(zao)成(cheng)其(qi)他(ta)負(fu)載(zai)的(de)損(sun)壞(huai)。針(zhen)對(dui)以(yi)上(shang)負(fu)載(zai)情(qing)況(kuang)，建(jian)議(yi)在(zai)各(ge)重(zhong)要(yao)設(she)備(bei)的(de)配(pei)電(dian)箱(xiang)增(zeng)加(jia)電(dian)能(neng)質(zhi)量(liang)補(bu)償(chang)設(she)備(bei)進(jin)行(xing)就(jiu)地(di)治(zhi)理(li)，達(da)到(dao)終(zhong)端(duan)治(zhi)理(li)諧(xie)波(bo)的(de)目(mu)的(de)，避(bi)免(mian)諧(xie)波(bo)影(ying)響(xiang)到(dao)整(zheng)個(ge)配(pei)電(dian)係(xi)統(tong)和(he)其(qi)他(ta)用(yong)電(dian)設(she)備(bei)。
表 2 就地治理的產品選型
具備無功功率線性補償、三相電流平衡治理和穩定電壓的功能，同時可濾除 5、7、11、13次以內的諧波；
具備自動檢測運行、測量監視、定值設定功能和具備動態擴容功能；
具備智能散熱和無極調速的功能；
具備過壓切除、過壓閉鎖、欠壓切除、超溫告警等保護功能；
DSP+FPGA控製方式，響應時間短，全數字控製算法；
末端治理，可濾除中性線中由 3N次諧波或三相不平衡造成的過大電流；
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；
采用 4.3英寸屏幕彩色觸摸屏 以實現參數設置和控製； 多機並聯，達到較高的電流輸出等級；
壁掛式模塊設計，體積小，安裝便利，方便擴容。
吸收 3kHz~10MHz頻率各種能量的諧波幹擾；
消除高次諧波、高頻噪聲、脈衝尖峰、浪湧等幹擾；
矯正電壓、電流波形，克服由於高頻諧波汙染引起的幹擾，保障設備的安全運行。
壁掛式，可進行末端諧波治理；
功能設置：隻補償諧波、隻補償無功、既補償諧波又補償無功 ；
保護類型：直流過壓保護、 IGBT過流保護、裝置過溫保護、輸出限幅保護等；
采用 DSP+FPGA全數字控製方式，並聯在係統中，兼補諧波和無功；
兼補諧波和無功，可對 2～ 51次諧波進行全補償或 選定 特定次諧波進行補償；
具備遠程服務與數據處理功能，支持 IOS、安卓、 PC多平台交互；
5 .3 電能質量監測與治理係統
（ 1）平台拓撲
電能質量監測與治理係統係統平台主要由電能質量治理設備、物理網關、服(fu)務(wu)器(qi)及(ji)服(fu)務(wu)終(zhong)端(duan)四(si)部(bu)分(fen)組(zu)成(cheng)，其(qi)中(zhong)電(dian)能(neng)質(zhi)量(liang)治(zhi)理(li)設(she)備(bei)作(zuo)為(wei)基(ji)礎(chu)實(shi)現(xian)對(dui)數(shu)據(ju)采(cai)集(ji)與(yu)電(dian)能(neng)質(zhi)量(liang)補(bu)償(chang)等(deng)，物(wu)理(li)網(wang)關(guan)實(shi)現(xian)設(she)備(bei)與(yu)服(fu)務(wu)器(qi)間(jian)的(de)數(shu)據(ju)傳(chuan)輸(shu)以(yi)及(ji)對(dui)設(she)備(bei)進(jin)行(xing)策(ce)略(lve)功(gong)能(neng)分(fen)配(pei)，數(shu)據(ju)經(jing)由(you)服(fu)務(wu)器(qi)終(zhong)以(yi)服(fu)務(wu)終(zhong)端(duan)為(wei)媒(mei)介(jie)為(wei)用(yong)戶(hu)提(ti)供(gong)可(ke)視(shi)化(hua)展(zhan)示(shi)。
（ 2 ）平台展示
電能質量監測與治理係統除作為本地終端為用戶提供電能質量監測、治理與設備運維等功能外，亦可通過接入AcrelEMS企業微電網能效管理平台，為用戶提供遠程在線服務。
6江蘇某電子廠房項目電能質量治理項目案例 6 .1 項目背景
江蘇某電子廠房內除生產半導體的核心器件外，還有傳送係統，水淨化係統，風冷係統、空調係統等，對電能質量要求非常高。這些設備皆屬於非線性負載，在使用過程中會產生大量諧波並注入係統中;如果不進行諧波治理，對電網造成嚴重的汙染，也影響電子廠房中其他敏感設備的誤動作、中斷甚至癱瘓，降低了配電係統的安全性、可靠性。
6 . 2治理方案
根據以往測量經驗進行諧波分析與估算，諧波主要由單晶爐、晶圓機和一些非線性負載產生，供電係統由2台1200kVA變壓器，采用集中治理+就地治理的方案。
集中治理：電子廠房內空調、風機設備的分布很廣，因此在每台變壓器下加裝400A有源諧波治理係統裝置，由兩台150A模塊和一台100A模塊並機實現，型號為整櫃式AnSin400-G Ⅰ型，自動跟蹤補償負載產生的諧波電流，保證供電係統安全可靠運行。
就地治理：單dan晶jing爐lu是shi該gai中zhong心xin惡e性xing的de負fu載zai，因yin此ci需xu要yao在zai配pei電dian末mo端duan對dui其qi產chan生sheng的de諧xie波bo電dian流liu進jin行xing治zhi理li，避bi免mian幹gan擾rao其qi他ta用yong電dian設she備bei，因yin此ci在zai使shi用yong單dan晶jing爐lu的de配pei電dian間jian安an裝zhuang壁bi掛gua式shiANAPF600-380/BBL有源電力濾波器，就地治理單晶爐產生的諧波汙染。
6 . 3治理效果
選取該廠房單晶爐出線端配電箱，對其前後波形數據進行對比，通過裝設壁掛式ANAPF600-380/BBL有源電力濾波器裝置後，電壓畸變率以A相為例從10.45%降值5.58%，電流畸變率從28.94%降值5.67%，提升了電網波形質量，具體效果及參數如下表所示。
表 3 治理前後波形數據對比
7 結論
半ban導dao體ti材cai料liao技ji術shu在zai國guo內nei的de發fa展zhan促cu使shi很hen多duo半ban導dao體ti加jia工gong設she備bei投tou入ru使shi用yong，這zhe些xie設she備bei普pu遍bian采cai用yong了le電dian力li電dian子zi變bian流liu和he控kong製zhi器qi件jian。這zhe些xie設she備bei在zai工gong作zuo的de同tong時shi也ye會hui產chan生sheng大da量liang的de諧xie波bo，它ta們men不bu但dan會hui造zao成cheng機ji台tai設she備bei自zi身shen的de壞huai機ji現xian象xiang，回hui流liu進jin電dian網wang的de諧xie波bo電dian流liu還hai會hui引yin起qi其qi它ta回hui路lu的de發fa熱re、電子開關誤動作、供電電壓不穩，甚至引起生產線停線、半(ban)成(cheng)品(pin)的(de)報(bao)廢(fei)。因(yin)此(ci)，安(an)科(ke)瑞(rui)為(wei)電(dian)子(zi)廠(chang)房(fang)行(xing)業(ye)提(ti)供(gong)了(le)一(yi)套(tao)完(wan)整(zheng)的(de)電(dian)能(neng)治(zhi)理(li)監(jian)測(ce)與(yu)治(zhi)理(li)的(de)係(xi)統(tong)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)，使(shi)電(dian)子(zi)廠(chang)房(fang)的(de)電(dian)能(neng)質(zhi)量(liang)問(wen)題(ti)得(de)到(dao)了(le)有(you)效(xiao)的(de)治(zhi)理(li)。從(cong)成(cheng)本(ben)、性能、可靠性等角度綜合考慮，該方法具有較高的性價比。
安科瑞唐曉娟
