重慶市設(shè)計院 王 捷

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數(shù)據(jù)機房諧波分析與治理

重慶市設(shè)計院 王 捷

【摘要】數(shù)據(jù)機房諧波污染，直接影響數(shù)據(jù)機房的供電可靠性和電能質(zhì)量，已成為目前迫切需要解決的問題，本文分析數(shù)據(jù)機房諧波產(chǎn)生的原因，提出諧波治理方案。

【關(guān)鍵詞】數(shù)據(jù)機房；諧波；電能質(zhì)量；諧波濾波器

1 數(shù)據(jù)機房諧波污染源分析

1.1 UPS設(shè)備

數(shù)字機房的IT設(shè)備對供電穩(wěn)定性要求特別高，需要使用UPS不間斷電源供電， UPS電源的工作特性與變頻設(shè)備基本一致，運行時會產(chǎn)生很多的諧波。6脈沖的UPS會產(chǎn)生5、7、11、13等各次的諧波，12脈沖的UPS會產(chǎn)生11、13、23、25等各次的諧波。

1.2 變頻設(shè)備

數(shù)字機房里使用的變頻設(shè)備，如變頻空調(diào)、變頻電梯、變頻水泵等等，變頻設(shè)備的內(nèi)部工作為整流逆變過程，所以會產(chǎn)生諧波。

1.3 照明設(shè)備

節(jié)能燈具、電子整流器、將50Hz電源轉(zhuǎn)換為38Hz的高頻，燈光調(diào)控設(shè)備的使用，使得電流波形改變，主要產(chǎn)生3次諧波。這部分設(shè)備容量較小，運行時產(chǎn)生的容量較少。

2 數(shù)據(jù)機房諧波特點及危害

2.1 諧波的概念

諧波是指供電系統(tǒng)中所含有的頻率為基波的整數(shù)倍的電量。

2.2 電力側(cè)諧波

一般是指40次以下的諧波，主要是3、5、7、9次諧波，又稱為低頻諧波，主要是對電力變壓器、配電設(shè)備發(fā)生危害，進(jìn)而會造成電網(wǎng)供電效率的下降，配電設(shè)備發(fā)熱甚至?xí)龤А?/p>

2.3 用戶側(cè)諧波

一般是指40次以上的諧波，是指頻率在2kHz以上，又稱之為高頻諧波，主要是對信息設(shè)備造成危害，也會干擾信息設(shè)備正常工作，造成設(shè)備壽命減低、數(shù)據(jù)丟失或死機等等。

3 諧波整治理辦法

3.1 無功補償電容器

無功補償電容器是指主要用于補償系統(tǒng)的無功功率，但是不能消除諧波。直接用電容器作為無功功率補償會產(chǎn)生并聯(lián)諧振的系統(tǒng)，因此它一般使用電抗調(diào)諧電容來避免諧振點。

3.1.1 電容器

對無功補償系統(tǒng)的無功功率來講，直接利用電容來補償。但是電容器并聯(lián)到系統(tǒng)后，系統(tǒng)會產(chǎn)生并聯(lián)諧振點。當(dāng)系統(tǒng)諧波含量較少情況下，即使是有并聯(lián)諧波振點，但也沒有明顯的并聯(lián)諧振現(xiàn)象。因此，直接用電容器作為補償系統(tǒng)方案，無疑適用于無諧波系統(tǒng)。

3.1.2 調(diào)諧電抗電容器

為了避免產(chǎn)生諧振點，電感串聯(lián)成一組調(diào)諧電抗電容器，其目的就是為了補償無效的濾波諧波的功率。所以調(diào)諧電容器電抗適用于諧波污染比較小的場合。再就是它的主要目的并不是消除諧波，因此串聯(lián)電抗器的容量和體積都比單調(diào)諧濾波器要小。

3.2 諧波濾波器

3.2.1 無源濾波器

無源諧波濾波器一般是由多組單調(diào)諧濾波器組成的，其等效結(jié)構(gòu)如圖1所示，其中每一組濾波器都由一個串聯(lián)的電感器和一個補償電容構(gòu)成。

圖1 無源濾波器與系統(tǒng)連接單線圖

當(dāng)濾波器產(chǎn)生串聯(lián)共振時，將提供諧波電流一低阻抗路徑。無源濾波器的頻率設(shè)定為與需要濾除的某次諧波接近，該次諧波將大部分流入濾波器，從而起到濾除諧波的目的。由于無源濾波器長期使用，電容器等元件組老化或系統(tǒng)參數(shù)的變化，可能導(dǎo)致調(diào)諧點偏移，濾波效果下降，當(dāng)偏移點大于某次諧波時，則濾波器不但沒有將該次諧波濾除，還會將該次諧波電流放大。

3.2.2 有源濾波器

由于無源濾波器存在諧波共振問題，為了避免諧波放大，可采用有源電力濾波器。有源電力濾波器的工作原理是通過檢測設(shè)備取得負(fù)載電流諧波含量的大小和相位角，由內(nèi)部產(chǎn)生大小相同而相位相反的諧波電流，來抵消諧波電流。由于有源濾波器的使用，只要其輸出容量能滿足諧波電流補償?shù)囊螅娔苜|(zhì)量就可以達(dá)到改善。一旦有源電力濾波器的諧波電流超過補償能力，只需要提高有源濾波器的容量，不必像無源濾波器，必須再經(jīng)過重新計算或調(diào)整所有的濾波器。

4 數(shù)據(jù)機房諧波治理方案

4.1 電能質(zhì)量分層治理方案

數(shù)據(jù)機房諧波治理分成兩個層次，即電源側(cè)功率因數(shù)自動補償與用戶側(cè)諧波動態(tài)治理。變電所0.4k V低壓母線段設(shè)置功率因數(shù)自動補償柜，用于治理低頻諧波，同時在UPS電源、變頻空調(diào)等供電回路上設(shè)置交流源濾波器，把高次諧波加以吸收，減少高次諧波對數(shù)據(jù)機房電氣設(shè)備的影響。

4.2 HPD諧波保護器在數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用

某新建數(shù)據(jù)中心，使用了大量的信息設(shè)備，如信用卡終端設(shè)備、通訊系統(tǒng)、計算機、網(wǎng)絡(luò)控制設(shè)備、變頻空調(diào)、各種數(shù)碼辦公設(shè)備、燈光調(diào)控、消防系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、金庫安防系統(tǒng)等，從而產(chǎn)生了大量的諧波，導(dǎo)致配電設(shè)備發(fā)熱，線路損耗增大，設(shè)備死機。

4.2.1 諧波治理方案

a.采用電力側(cè)諧波與用戶側(cè)諧波同時治理的方案；b.采用靠近諧波源的方式。

圖2

圖3

根據(jù)電力側(cè)諧波的含量及諧波電流的大小，建議在變電所低壓總進(jìn)線柜后安裝HPD2000諧波保護柜。

建議安裝位置如圖2所示。

4.2.2 諧波治理后檢測結(jié)果

根據(jù)諧波治理方案進(jìn)行了諧波治理，從圖3中可以看到電流波形波形在治理后得到了明顯的改善，諧波含量符合國家的標(biāo)準(zhǔn)，該數(shù)據(jù)中心存在的問題得到了解決。

5 結(jié)束語

在制定數(shù)據(jù)機房諧波治理方案時，首先應(yīng)對數(shù)據(jù)機房諧波污染源進(jìn)行分析，對產(chǎn)生諧波的設(shè)備進(jìn)行分離或隔離，諧波治理分成兩個層次，即電源側(cè)功率因數(shù)自動補償與用戶側(cè)諧波動態(tài)治理，才能減少諧波對數(shù)據(jù)機房電氣設(shè)備的影響，提高數(shù)據(jù)機房的供電可靠性，改善電能質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

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