數據機房諧波分析與治理

2016-03-09 01:21:56重慶市設計院

電子世界 2016年3期

重慶市設計院王捷

數據機房諧波分析與治理

重慶市設計院王捷

【摘要】數據機房諧波污染，直接影響數據機房的供電可靠性和電能質量，已成為目前迫切需要解決的問題，本文分析數據機房諧波產生的原因，提出諧波治理方案。

【關鍵詞】數據機房；諧波；電能質量；諧波濾波器

1 數據機房諧波污染源分析

1.1 UPS設備

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

1.2 變頻設備

數字機房里使用的變頻設備，如變頻空調、變頻電梯、變頻水泵等等，變頻設備的內部工作為整流逆變過程，所以會產生諧波。

1.3 照明設備

節能燈具、電子整流器、將50Hz電源轉換為38Hz的高頻，燈光調控設備的使用，使得電流波形改變，主要產生3次諧波。這部分設備容量較小，運行時產生的容量較少。

2 數據機房諧波特點及危害

2.1 諧波的概念

諧波是指供電系統中所含有的頻率為基波的整數倍的電量。

2.2 電力側諧波

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、配電設備發生危害，進而會造成電網供電效率的下降，配電設備發熱甚至會燒毀。

2.3 用戶側諧波

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，主要是對信息設備造成危害，也會干擾信息設備正常工作，造成設備壽命減低、數據丟失或死機等等。

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生并聯諧振的系統，因此它一般使用電抗調諧電容來避免諧振點。

3.1.1 電容器

對無功補償系統的無功功率來講，直接利用電容來補償。但是電容器并聯到系統后，系統會產生并聯諧振點。當系統諧波含量較少情況下，即使是有并聯諧波振點，但也沒有明顯的并聯諧振現象。因此，直接用電容器作為補償系統方案，無疑適用于無諧波系統。

3.1.2 調諧電抗電容器

為了避免產生諧振點，電感串聯成一組調諧電抗電容器，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，因此串聯電抗器的容量和體積都比單調諧濾波器要小。

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諧濾波器組成的，其等效結構如圖1所示，其中每一組濾波器都由一個串聯的電感器和一個補償電容構成。

圖1 無源濾波器與系統連接單線圖

當濾波器產生串聯共振時，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參數的變化，可能導致調諧點偏移，濾波效果下降，當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備取得負載電流諧波含量的大小和相位角，由內部產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的要求，電能質量就可以達到改善。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，必須再經過重新計算或調整所有的濾波器。