重慶市設(shè)計(jì)院 王 捷
?
數(shù)據(jù)機(jī)房諧波分析與治理
重慶市設(shè)計(jì)院 王 捷
【摘要】數(shù)據(jù)機(jī)房諧波污染,直接影響數(shù)據(jù)機(jī)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(jī)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(jī)房;諧波;電能質(zhì)量;諧波濾波器
1.1 UPS設(shè)備
數(shù)字機(jī)房的IT設(shè)備對(duì)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(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生很多的諧波。6脈沖的UPS會(huì)產(chǎn)生5、7、11、13等各次的諧波,12脈沖的UPS會(huì)產(chǎn)生11、13、23、25等各次的諧波。
1.2 變頻設(shè)備
數(shù)字機(jī)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(huì)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(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的容量較少。
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(duì)電力變壓器、配電設(shè)備發(fā)生危害,進(jìn)而會(huì)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(duì)信息設(shè)備造成危害,也會(huì)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(jī)等等。
3.1 無功補(bǔ)償電容器
無功補(bǔ)償電容器是指主要用于補(bǔ)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(bǔ)償會(huì)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(diǎn)。
3.1.1 電容器
對(duì)無功補(bǔ)償系統(tǒng)的無功功率來講,直接利用電容來補(bǔ)償。但是電容器并聯(lián)到系統(tǒng)后,系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生并聯(lián)諧振點(diǎn)。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(diǎn),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(bǔ)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(diǎn),電感串聯(lián)成一組調(diào)諧電抗電容器,其目的就是為了補(bǔ)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(chǎng)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(gè)串聯(lián)的電感器和一個(gè)補(bǔ)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(shí),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(zhǎng)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(diǎn)偏移,濾波效果下降,當(dāng)偏移點(diǎn)大于某次諧波時(shí),則濾波器不但沒有將該次諧波濾除,還會(huì)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(cè)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(bǔ)償?shù)囊?,電能質(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(bǔ)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(jì)算或調(diào)整所有的濾波器。
4.1 電能質(zhì)量分層治理方案
數(shù)據(jù)機(jī)房諧波治理分成兩個(gè)層次,即電源側(cè)功率因數(shù)自動(dòng)補(bǔ)償與用戶側(cè)諧波動(dòng)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(dòng)補(bǔ)償柜,用于治理低頻諧波,同時(shí)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(duì)數(shù)據(jù)機(jī)房電氣設(shè)備的影響。
4.2 HPD諧波保護(hù)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(jì)算機(jī)、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(kù)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(jī)。
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(shí)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(hù)柜。
建議安裝位置如圖2所示。
4.2.2 諧波治理后檢測(cè)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(guó)家的標(biāo)準(zhǔn),該數(shù)據(jù)中心存在的問題得到了解決。
在制定數(shù)據(jù)機(jī)房諧波治理方案時(shí),首先應(yīng)對(duì)數(shù)據(jù)機(jī)房諧波污染源進(jìn)行分析,對(duì)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(gè)層次,即電源側(cè)功率因數(shù)自動(dòng)補(bǔ)償與用戶側(cè)諧波動(dòng)態(tài)治理,才能減少諧波對(duì)數(shù)據(jù)機(jī)房電氣設(shè)備的影響,提高數(shù)據(jù)機(jī)房的供電可靠性,改善電能質(zhì)量。
參考文獻(xiàn)
[1]黃威.大型數(shù)據(jù)中心諧波治理方案的研究[D].上海交通大學(xué),2011.
[2]張雷霆.數(shù)據(jù)機(jī)房電力諧波影響及其防護(hù)研究[D].北京郵電大學(xué),2007.