數(shù)據(jù)中心配電系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償及諧波治理的研究

高昂

摘要：在數(shù)據(jù)中心初期投入使用時(shí)，由于UPS等通信設(shè)備處于低負(fù)荷運(yùn)行，導(dǎo)致數(shù)據(jù)中心功率因數(shù)超前。文章通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)的電容補(bǔ)償方式結(jié)構(gòu)及原理的分析，提出了基于SVG+APF無(wú)功補(bǔ)償及諧波治理方案，能夠有效地解決數(shù)據(jù)中心功率因素超前及諧波問(wèn)題，保證了設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行了，具有一定的實(shí)踐指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：無(wú)功補(bǔ)償;諧波治理;電容補(bǔ)償

引言

電網(wǎng)需求不斷變化的背景下，國(guó)家電網(wǎng)必須主動(dòng)對(duì)配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行改革優(yōu)化，提高輸電效率與用電穩(wěn)定性。通過(guò)對(duì)我國(guó)目前多數(shù)電力企業(yè)的配電工作分析可知，無(wú)功分布不均衡、無(wú)功補(bǔ)償體系不健全、投運(yùn)效率低、諧波問(wèn)題嚴(yán)重等問(wèn)題，直接或間接對(duì)配電網(wǎng)運(yùn)行造成影響。

1配電網(wǎng)運(yùn)行現(xiàn)狀

1.1電容補(bǔ)償

由于我國(guó)疆域廣闊各個(gè)地區(qū)的地理環(huán)境差異較大，因此配電網(wǎng)運(yùn)行時(shí)存在較大負(fù)荷波動(dòng)，導(dǎo)致了整體電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性較差。目前我國(guó)很多城鎮(zhèn)與鄉(xiāng)村安裝的配電系統(tǒng)，主要采取戶外塔桿的安裝工作模式，在配電網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中，主要以電容器補(bǔ)償模式為主。

在電容補(bǔ)償工作開(kāi)展時(shí)，主要是因?yàn)殡娙萜骺梢蕴峁┓€(wěn)定固定的無(wú)功公路，并且電容器設(shè)備的成本較低可以快速安裝操作，提高了電網(wǎng)運(yùn)行的整體安全性，因此我國(guó)配網(wǎng)系統(tǒng)中，主要利用電容器開(kāi)展無(wú)功補(bǔ)償工作。

1.2無(wú)功補(bǔ)償

靜止無(wú)功發(fā)生器（SVG）設(shè)備可以對(duì)配電網(wǎng)諧波進(jìn)行一定處理，并發(fā)揮出無(wú)功補(bǔ)償?shù)墓ぷ餍Ч?，部分電力企業(yè)在對(duì)諧波問(wèn)題處理時(shí)，利用SVG設(shè)備替代了電容器，以提高電能運(yùn)行效率與質(zhì)量。該諧波治理技術(shù)已經(jīng)在國(guó)外得到普遍應(yīng)用，我國(guó)的工業(yè)配網(wǎng)工作中合理的應(yīng)用該設(shè)備，但是在基層鄉(xiāng)鎮(zhèn)配電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償工作開(kāi)展時(shí)，仍舊采用電容器補(bǔ)償工作方式。

2配電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)措施

2.1電容補(bǔ)償與靜止無(wú)功發(fā)生器補(bǔ)償技術(shù)

首先，在使用電容補(bǔ)償技術(shù)的過(guò)程中，主要采用電容器設(shè)備，成本較低，安裝方式簡(jiǎn)單，屬于當(dāng)前廣泛應(yīng)用的無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備。為了確保無(wú)功補(bǔ)償?shù)墓ぷ餍Ч瑧?yīng)該積極采用并聯(lián)電容器設(shè)備，提升功率因數(shù)，預(yù)防出現(xiàn)損耗問(wèn)題，增加系統(tǒng)的運(yùn)行容量，有效調(diào)節(jié)電容補(bǔ)償?shù)男问?，保證工作效果。但是，在聯(lián)合電容器設(shè)備使用期間，補(bǔ)償效果可能會(huì)受到補(bǔ)償步長(zhǎng)因素、投切速度因素的影響出現(xiàn)問(wèn)題，所以必須要結(jié)合實(shí)際情況，合理分析是否要使用此類技術(shù)。其次，可以采用靜止無(wú)功發(fā)生器設(shè)備，替代電容器設(shè)備，可以保證電容補(bǔ)償?shù)墓ぷ餍Ч?/p>

2.2制定完善的無(wú)功補(bǔ)償計(jì)劃

在無(wú)功補(bǔ)償方面，必須要制定完善計(jì)劃，確保相關(guān)工作的全面實(shí)施。屬于無(wú)功補(bǔ)償?shù)木C合方案，可以將無(wú)功補(bǔ)償與諧波治理工作相互協(xié)調(diào)，預(yù)防出現(xiàn)無(wú)功補(bǔ)償方面的問(wèn)題。

3數(shù)據(jù)中心傳統(tǒng)的無(wú)功補(bǔ)償及諧波治理方案

3.1數(shù)據(jù)中心傳統(tǒng)的諧波治理

數(shù)據(jù)中心傳統(tǒng)的諧波治理采用無(wú)源濾波方式，無(wú)源濾波器是由電抗器、電容器及電阻組成的濾波電路，濾波電路并聯(lián)在配電系統(tǒng)中，當(dāng)LC的諧振頻率設(shè)定在需要濾除的諧波頻率時(shí)，達(dá)到濾除諧波的目的。但是無(wú)源濾波只能濾除特定頻率的諧波，濾波效果差。

3.2數(shù)據(jù)中心傳統(tǒng)的無(wú)功補(bǔ)償

無(wú)功補(bǔ)償就是在配電系統(tǒng)中并聯(lián)電容進(jìn)行補(bǔ)償。根據(jù)補(bǔ)償?shù)攸c(diǎn)的不同，分為以下三種方式：

（1）低壓集中補(bǔ)償方式：主要是在變壓器的低壓母線上安裝無(wú)功補(bǔ)償裝置，集中補(bǔ)償方式降低了低壓母線的無(wú)功損耗，提高供電電源電壓質(zhì)量，同時(shí)接線簡(jiǎn)單，便于運(yùn)行維護(hù)，經(jīng)濟(jì)性較好。

（2）高壓集中補(bǔ)償：主要是6-10KV的高壓母線上安裝無(wú)功補(bǔ)償裝置，補(bǔ)償裝置可以根據(jù)負(fù)荷的大小自動(dòng)投切，減少對(duì)電力系統(tǒng)的無(wú)功損耗，同時(shí)便于運(yùn)行維護(hù)。

（3）低壓分散補(bǔ)償方式：將無(wú)功補(bǔ)償裝置裝設(shè)在末端的用電設(shè)備上，用電設(shè)備投入時(shí)，無(wú)功補(bǔ)償裝置投入，用電設(shè)備退出，無(wú)功補(bǔ)償裝置退出，補(bǔ)償方式靈活，適用于無(wú)功較大的設(shè)備。

三種無(wú)功補(bǔ)償方式適用范圍各有不同，需根據(jù)供配電系統(tǒng)用電負(fù)荷情況進(jìn)行合理選擇，也可采用上述幾種組合所得的混合補(bǔ)償方式。目前中國(guó)移動(dòng)（呼和浩特）數(shù)據(jù)中心采用低壓+高壓集中補(bǔ)償方式，高壓集中補(bǔ)償方式主要設(shè)置在制冷站，用來(lái)對(duì)高壓冷水機(jī)組等制冷設(shè)備進(jìn)行補(bǔ)償，低壓集中補(bǔ)償主要設(shè)置在機(jī)房低壓進(jìn)線柜的后端，對(duì)機(jī)房?jī)?nèi)后端的負(fù)荷進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償。

傳統(tǒng)的電容補(bǔ)償一般由電容器、電抗器、接觸器及自動(dòng)補(bǔ)償裝置等組成，通過(guò)自動(dòng)補(bǔ)償裝置監(jiān)測(cè)線路的功率因數(shù)，當(dāng)?shù)陀谠O(shè)定值時(shí)，接觸器吸合，使電容器并聯(lián)入線路中，根據(jù)實(shí)際情況自動(dòng)調(diào)整電容器并入線路的多少。當(dāng)達(dá)到設(shè)定值時(shí)，停止并入。當(dāng)線路感性負(fù)載減少時(shí)，此時(shí)線路自動(dòng)減少并入的電容器容量，以達(dá)到設(shè)定值。

傳統(tǒng)的電容補(bǔ)償是目前應(yīng)用最廣泛的補(bǔ)償裝置，是利用電容的容抗來(lái)補(bǔ)償電感負(fù)載的感抗，在多數(shù)場(chǎng)景，補(bǔ)償無(wú)功后可以提高功率因素、降低線損、提高設(shè)備的使用效率。

3.3合理采用LCL濾波器設(shè)備

此類濾波器在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中，屬于三階濾波器設(shè)備，具備一定的濾波治理工作效果，其所需要的電感量很少，能夠符合工業(yè)制造的需求。所以，在實(shí)際工作中必須要重點(diǎn)采用此類濾波器設(shè)備，在使用該壟溝播器的過(guò)程中，與L型的設(shè)備相較，低頻段方面的幅值較為接近，但是，在高頻段方面，LCL類型的設(shè)備，衰減速度在60bb/dec左右，濾波治理的效果非常好。但是，此類設(shè)備在應(yīng)用期間，經(jīng)常會(huì)有LC的諧振點(diǎn)問(wèn)題，所以，在實(shí)際的設(shè)計(jì)工作中，必須要結(jié)合諧振點(diǎn)的具體情況，合理設(shè)置參數(shù)內(nèi)容。具體的工作中，應(yīng)該設(shè)置純諧波補(bǔ)償?shù)哪Ｊ?，按照有關(guān)的工作標(biāo)準(zhǔn)，兩次到無(wú)錫的諧波出書(shū)電流能力，屬于設(shè)備的具體額定電流，六次到五十次的諧波輸出，屬于設(shè)備的1/N倍的額定電流，對(duì)于N而言，屬于具體的諧波次數(shù)，所以在六次到五十次的諧波方面，電壓幅度數(shù)據(jù)值與電流跟蹤率數(shù)據(jù)值，和純基波的數(shù)據(jù)值相同，無(wú)需計(jì)算處理。而在五次諧波峰值方面，是141A，電流的變化率最高數(shù)據(jù)值會(huì)在五次諧波過(guò)零點(diǎn)中出現(xiàn)，是220000A/s。設(shè)計(jì)相關(guān)的諧振頻率點(diǎn)的過(guò)程中，必須要按照基礎(chǔ)性的工作要求，在諧波幅值較低的頻率點(diǎn)中設(shè)置相關(guān)的諧波頻率點(diǎn)，以免因?yàn)橛姓`差出現(xiàn)諧波放大的現(xiàn)象。在此期間，還需注重電感的設(shè)計(jì)和優(yōu)化處理，改善電感的設(shè)計(jì)現(xiàn)狀，有效預(yù)防出現(xiàn)諧波治理的問(wèn)題。

結(jié)語(yǔ)

在智能電網(wǎng)建設(shè)過(guò)程中，基于用戶的用電需求變化，需要不斷提高配電網(wǎng)的電能供應(yīng)質(zhì)量與安全。為此對(duì)配電網(wǎng)的無(wú)功補(bǔ)償工作與諧波治理現(xiàn)狀進(jìn)行分析可知，配電網(wǎng)的整體運(yùn)行仍舊存在一定問(wèn)題，為了提高電網(wǎng)運(yùn)行的安全性、可靠性與穩(wěn)定性，需要利用SVG設(shè)備替代以往的電容器補(bǔ)償模式，利用SVG設(shè)備提升電網(wǎng)的無(wú)功補(bǔ)償工作質(zhì)量與效能，降低抑制電網(wǎng)諧波的產(chǎn)生，為用戶提高可靠穩(wěn)定的電力資源。

參考文獻(xiàn)

[1]張林.關(guān)于無(wú)功補(bǔ)償原理及應(yīng)用的探討[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2011，1（24）：11-12.

[2]何維民.無(wú)功補(bǔ)償在供電系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].通信電源技術(shù)，2018，

6（35）：87-88.

[3]何孝發(fā).數(shù)據(jù)中心配無(wú)功補(bǔ)償和諧波治理技術(shù)探討[J].信息化建設(shè)，2017，3（3）：299-230.

[4]陳建軍，檀政，張曉毅.配電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償治理技術(shù)研究及工程應(yīng)用分析[J].電子測(cè)試，2017，16：42-44+55.

[5]王熹瞳.淺析低壓配電線路無(wú)功補(bǔ)償裝置諧波治理技術(shù)[J].電子制作，2019，04：88-89.

[6]呂威，曹濤，趙國(guó)瑞.數(shù)據(jù)中心配電系統(tǒng)新型無(wú)功補(bǔ)償解決方案[J].郵電設(shè)計(jì)技術(shù)，2015，1（3）：3-4.