数据机房谐波分析与治理

2016-03-09重庆市设计院

电子世界 2016年3期

关键词：电能质量谐波

重庆市设计院王捷

数据机房谐波分析与治理

重庆市设计院王捷

【摘要】数据机房谐波污染，直接影响数据机房的供电可靠性和电能质量，已成为目前迫切需要解决的问题，本文分析数据机房谐波产生的原因，提出谐波治理方案。

【关键词】数据机房；谐波；电能质量；谐波滤波器

1 数据机房谐波污染源分析

1.1 UPS设备

数字机房的IT设备对供电稳定性要求特别高，需要使用UPS不间断电源供电， UPS电源的工作特性与变频设备基本一致，运行时会产生很多的谐波。6脉冲的UPS会产生5、7、11、13等各次的谐波，12脉冲的UPS会产生11、13、23、25等各次的谐波。

1.2 变频设备

数字机房里使用的变频设备，如变频空调、变频电梯、变频水泵等等，变频设备的内部工作为整流逆变过程，所以会产生谐波。

1.3 照明设备

节能灯具、电子整流器、将50Hz电源转换为38Hz的高频，灯光调控设备的使用，使得电流波形改变，主要产生3次谐波。这部分设备容量较小，运行时产生的容量较少。

2 数据机房谐波特点及危害

2.1 谐波的概念

谐波是指供电系统中所含有的频率为基波的整数倍的电量。

2.2 电力侧谐波

一般是指40次以下的谐波，主要是3、5、7、9次谐波，又称为低频谐波，主要是对电力变压器、配电设备发生危害，进而会造成电网供电效率的下降，配电设备发热甚至会烧毁。

2.3 用户侧谐波

一般是指40次以上的谐波，是指频率在2kHz以上，又称之为高频谐波，主要是对信息设备造成危害，也会干扰信息设备正常工作，造成设备寿命减低、数据丢失或死机等等。

3 谐波整治理办法

3.1 无功补偿电容器

无功补偿电容器是指主要用于补偿系统的无功功率，但是不能消除谐波。直接用电容器作为无功功率补偿会产生并联谐振的系统，因此它一般使用电抗调谐电容来避免谐振点。

3.1.1 电容器

对无功补偿系统的无功功率来讲，直接利用电容来补偿。但是电容器并联到系统后，系统会产生并联谐振点。当系统谐波含量较少情况下，即使是有并联谐波振点，但也没有明显的并联谐振现象。因此，直接用电容器作为补偿系统方案，无疑适用于无谐波系统。

3.1.2 调谐电抗电容器

为了避免产生谐振点，电感串联成一组调谐电抗电容器，其目的就是为了补偿无效的滤波谐波的功率。所以调谐电容器电抗适用于谐波污染比较小的场合。再就是它的主要目的并不是消除谐波，因此串联电抗器的容量和体积都比单调谐滤波器要小。

3.2 谐波滤波器

3.2.1 无源滤波器

无源谐波滤波器一般是由多组单调谐滤波器组成的，其等效结构如图1所示，其中每一组滤波器都由一个串联的电感器和一个补偿电容构成。

图1 无源滤波器与系统连接单线图

当滤波器产生串联共振时，将提供谐波电流一低阻抗路径。无源滤波器的频率设定为与需要滤除的某次谐波接近，该次谐波将大部分流入滤波器，从而起到滤除谐波的目的。由于无源滤波器长期使用，电容器等元件组老化或系统参数的变化，可能导致调谐点偏移，滤波效果下降，当偏移点大于某次谐波时，则滤波器不但没有将该次谐波滤除，还会将该次谐波电流放大。

3.2.2 有源滤波器

由于无源滤波器存在谐波共振问题，为了避免谐波放大，可采用有源电力滤波器。有源电力滤波器的工作原理是通过检测设备取得负载电流谐波含量的大小和相位角，由内部产生大小相同而相位相反的谐波电流，来抵消谐波电流。由于有源滤波器的使用，只要其输出容量能满足谐波电流补偿的要求，电能质量就可以达到改善。一旦有源电力滤波器的谐波电流超过补偿能力，只需要提高有源滤波器的容量，不必像无源滤波器，必须再经过重新计算或调整所有的滤波器。