数据中心配电系统无功补偿及谐波治理的研究

高昂

摘要：在数据中心初期投入使用时，由于UPS等通信设备处于低负荷运行，导致数据中心功率因数超前。文章通过对传统的电容补偿方式结构及原理的分析，提出了基于SVG+APF无功补偿及谐波治理方案，能够有效地解决数据中心功率因素超前及谐波问题，保证了设备安全稳定运行了，具有一定的实践指导意义。

关键词：无功补偿;谐波治理;电容补偿

引言

电网需求不断变化的背景下，国家电网必须主动对配电网结构进行改革优化，提高输电效率与用电稳定性。通过对我国目前多数电力企业的配电工作分析可知，无功分布不均衡、无功补偿体系不健全、投运效率低、谐波问题严重等问题，直接或间接对配电网运行造成影响。

1配电网运行现状

1.1电容补偿

由于我国疆域广阔各个地区的地理环境差异较大，因此配电网运行时存在较大负荷波动，导致了整体电网运行稳定性较差。目前我国很多城镇与乡村安装的配电系统，主要采取户外塔杆的安装工作模式，在配电网运行过程中，主要以电容器补偿模式为主。

在电容补偿工作开展时，主要是因为电容器可以提供稳定固定的无功公路，并且电容器设备的成本较低可以快速安装操作，提高了电网运行的整体安全性，因此我国配网系统中，主要利用电容器开展无功补偿工作。

1.2无功补偿

静止无功发生器（SVG）设备可以對配电网谐波进行一定处理，并发挥出无功补偿的工作效果，部分电力企业在对谐波问题处理时，利用SVG设备替代了电容器，以提高电能运行效率与质量。该谐波治理技术已经在国外得到普遍应用，我国的工业配网工作中合理的应用该设备，但是在基层乡镇配电网无功补偿工作开展时，仍旧采用电容器补偿工作方式。

2配电网无功补偿技术措施

2.1电容补偿与静止无功发生器补偿技术

首先，在使用电容补偿技术的过程中，主要采用电容器设备，成本较低，安装方式简单，属于当前广泛应用的无功补偿设备。为了确保无功补偿的工作效果，应该积极采用并联电容器设备，提升功率因数，预防出现损耗问题，增加系统的运行容量，有效调节电容补偿的形式，保证工作效果。但是，在联合电容器设备使用期间，补偿效果可能会受到补偿步长因素、投切速度因素的影响出现问题，所以必须要结合实际情况，合理分析是否要使用此类技术。其次，可以采用静止无功发生器设备，替代电容器设备，可以保证电容补偿的工作效果。

2.2制定完善的无功补偿计划

在无功补偿方面，必须要制定完善计划，确保相关工作的全面实施。属于无功补偿的综合方案，可以将无功补偿与谐波治理工作相互协调，预防出现无功补偿方面的问题。

3数据中心传统的无功补偿及谐波治理方案

3.1数据中心传统的谐波治理

数据中心传统的谐波治理采用无源滤波方式，无源滤波器是由电抗器、电容器及电阻组成的滤波电路，滤波电路并联在配电系统中，当LC的谐振频率设定在需要滤除的谐波频率时，达到滤除谐波的目的。但是无源滤波只能滤除特定频率的谐波，滤波效果差。

3.2数据中心传统的无功补偿

无功补偿就是在配电系统中并联电容进行补偿。根据补偿地点的不同，分为以下三种方式：

（1）低压集中补偿方式：主要是在变压器的低压母线上安装无功补偿装置，集中补偿方式降低了低压母线的无功损耗，提高供电电源电压质量，同时接线简单，便于运行维护，经济性较好。

（2）高压集中补偿：主要是6-10KV的高压母线上安装无功补偿装置，补偿装置可以根据负荷的大小自动投切，减少对电力系统的无功损耗，同时便于运行维护。

（3）低压分散补偿方式：将无功补偿装置装设在末端的用电设备上，用电设备投入时，无功补偿装置投入，用电设备退出，无功补偿装置退出，补偿方式灵活，适用于无功较大的设备。

三种无功补偿方式适用范围各有不同，需根据供配电系统用电负荷情况进行合理选择，也可采用上述几种组合所得的混合补偿方式。目前中国移动（呼和浩特）数据中心采用低压+高压集中补偿方式，高压集中补偿方式主要设置在制冷站，用来对高压冷水机组等制冷设备进行补偿，低压集中补偿主要设置在机房低压进线柜的后端，对机房内后端的负荷进行无功补偿。

传统的电容补偿一般由电容器、电抗器、接触器及自动补偿装置等组成，通过自动补偿装置监测线路的功率因数，当低于设定值时，接触器吸合，使电容器并联入线路中，根据实际情况自动调整电容器并入线路的多少。当达到设定值时，停止并入。当线路感性负载减少时，此时线路自动减少并入的电容器容量，以达到设定值。

传统的电容补偿是目前应用最广泛的补偿装置，是利用电容的容抗来补偿电感负载的感抗，在多数场景，补偿无功后可以提高功率因素、降低线损、提高设备的使用效率。

3.3合理采用LCL滤波器设备

此类滤波器在实际应用的过程中，属于三阶滤波器设备，具备一定的滤波治理工作效果，其所需要的电感量很少，能够符合工业制造的需求。所以，在实际工作中必须要重点采用此类滤波器设备，在使用该垄沟播器的过程中，与L型的设备相较，低频段方面的幅值较为接近，但是，在高频段方面，LCL类型的设备，衰减速度在60bb/dec左右，滤波治理的效果非常好。但是，此类设备在应用期间，经常会有LC的谐振点问题，所以，在实际的设计工作中，必须要结合谐振点的具体情况，合理设置参数内容。具体的工作中，应该设置纯谐波补偿的模式，按照有关的工作标准，两次到无锡的谐波出书电流能力，属于设备的具体额定电流，六次到五十次的谐波输出，属于设备的1/N倍的额定电流，对于N而言，属于具体的谐波次数，所以在六次到五十次的谐波方面，电压幅度数据值与电流跟踪率数据值，和纯基波的数据值相同，无需计算处理。而在五次谐波峰值方面，是141A，电流的变化率最高数据值会在五次谐波过零点中出现，是220000A/s。设计相关的谐振频率点的过程中，必须要按照基础性的工作要求，在谐波幅值较低的频率点中设置相关的谐波频率点，以免因为有误差出现谐波放大的现象。在此期间，还需注重电感的设计和优化处理，改善电感的设计现状，有效预防出现谐波治理的问题。

结语

在智能电网建设过程中，基于用户的用电需求变化，需要不断提高配电网的电能供应质量与安全。为此对配电网的无功补偿工作与谐波治理现状进行分析可知，配电网的整体运行仍旧存在一定问题，为了提高电网运行的安全性、可靠性与稳定性，需要利用SVG设备替代以往的电容器补偿模式，利用SVG设备提升电网的无功补偿工作质量与效能，降低抑制电网谐波的产生，为用户提高可靠稳定的电力资源。

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