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      機房電力有源濾波器和靜止無功補償器應用實用技術

      1. 機房電力無功補償和諧波治理現狀

             數據中心機房電力主要由10kV/0.4kV電力變壓器的低壓供配電系統向UPS不間斷電源系統和機房空調動力照明系統供電,UPS不間斷電源供配電系統主要由UPS輸入輸出配電柜、UPS和蓄電池組成,機房空調動力照明供配電系統主要由空調動力配電柜和照明配電箱組成。

             在數據中心機房電力供配電系統中,減小諧波影響、提高功率因數是提高電能質量、減少電能損耗的兩個重要方面。

      1.1機房供配電系統的諧波

      1.1.1諧波的來源

             數據中心機房電力供配電系統中諧波的來源主要來自非線性負荷,包括UPS、開關電源、計算機、服務器、變頻空調、變頻器、電梯等。不同廠家的設備產生諧波電流含量有較大的差異,但普遍都偏高,電流總諧波畸變率THDi甚至超過了50% ,5次、7次、11次諧波嚴重,有時也含有較大份量的3次諧波。

             UPS系統能夠極大地提高數據中心供配電系統的可靠性,但由于其非線性特性,對電網往往產生嚴重的諧波污染,對工頻機尤為明顯。6脈沖的UPS其3次、5次、7次、11次諧波較大,其諧波電流畸變率THDi為30%~50%;12脈沖的UPS其11次、13次、17次諧波較大,其THDi為5%~10%;6脈沖變頻器THDi為33%~55%;12脈沖變頻器THDi為10%~12%;開關電源THDi為15%~20%;變頻空調THDi為10%~23%;電梯THDi為15%~33%;LED屏THDi為30%~100%;半導體照明THDi為15%~20%;氣體放電燈THDi為15%~20%。

      1.1.2諧波的危害

      (1)諧波會使相位控制設備正常工作因控制信號的紊亂而受到干擾,如電子計算機工作失常、電子設備誤觸發、電子元件工作失靈等。如影響電氣計量儀表的準確性,給供電部門和用電部門帶來電能計量誤差的經濟損失。

      (2)諧波會使通信線路、信息線路產生噪聲、甚至造成故障。

      (3)諧波會使電動機效率降低、發熱增加并造成明顯的局部發熱、機械振動和噪聲加大、加速絕緣老化等現象,縮短電動機使用壽命。如影響機房空調壓縮機和風機的正常工作。  

      (4)諧波會使電力變壓器產生附加損耗,引起過熱、加速絕緣介質老化,導致絕緣損壞,使得變壓器鐵芯產生磁滯伸縮和噪聲,使得電抗器產生振動和噪聲。

      (5)諧波會使并聯電容器過載發熱,容易使電容器與系統中感性阻抗構成諧波諧振而發熱擊穿,諧波電壓與基波電壓峰值疊加使電容器介質容易發生局部放電,減少電容器使用壽命。  

      (6)諧波電流的發熱作用大于有效值相等的工頻電流,降低熱元件的發熱動作電流,從而影響斷路器電流保護整定值,另外高次諧波含量較高的電流能使斷路器的開斷能力降低,嚴重時使得斷路器吹磁線圈不能正常工作。

      (7)諧波會導致繼電保護和自動控制裝置出現誤動作或拒動作,造成保護失靈。

      (8)諧波會加速電纜老化,縮短使用壽命。

      (9)諧波會使電網中的電力設備產生附加的損耗造成電能的浪費,大量諧波流過中線會使線路過熱,嚴重的甚至可能引發火災。

       

      1.2機房電力無功損耗

      1.2.1電力無功損耗的產生

             電力無功是能量交換的速率,本身并不產生損耗。但無功電流會占用大量的線路輸送能力,而線路是有電阻的,無功負荷在能量交換過程中必然帶來有功損耗,而且負荷與電源的距離越遠則損耗越大,為了減小這方面的損失,我們就要在無功負荷設備的旁邊加裝反性質的無功負荷,使其互相進行能量交換,減小對電源的依賴,達到提高線路輸送能力及減小線損的目的。

             數據中心機房電力供配電網中存在著大量的感性負載,如機房空調、風機、大功率整流器、變頻裝置、開關電源、電梯等,這些感性負載設備大部分功率因數低,在運行中消耗大量的無功,使得配電系統損耗大大增加。

             通常6脈沖UPS功率因數在0.8~0.9之間,12脈沖UPS功率因數在0.9~0.99之間,精密空調功率因數在0.7~0.8之間。負載的功率因數越低,它所吸收的無功功率就越大,在無功功率的輸送過程中引起有功功率的損耗也就越大。

      1.2.2電力無功補償的意義

             電力無功補償基本原理:把具有容性功率負荷的裝置與感性功率負荷并聯接在同一電路,能量在兩種負荷之間相互交換。這樣,感性負荷所需要的無功功率可由容性負荷輸出的無功功率補償,其意義在于:

      (1)補償無功功率,可以增加電網中有功功率的比例常數,就是提高用戶電網的功率因數,這等于提高用戶電網的效率,提高變壓器的供電能力,使同一臺變壓器能夠帶動的設備更多,或者帶動功率更大的負載,同時避免系統功率因數低于考核值而受到供電部門的罰款。

      (2)通過無功補償,可以減少電網的線路損耗,直接降低變壓器消耗,減少電能浪費,減少損耗成本。

      (3)無功補償可以提高電能質量,使電壓和頻率更穩定,從而保證用電設備工作更穩定,工作效率更高,同時因電能質量高,也會使用電設備的故障率降低,達到更好的效益。

      (4)用戶電網的功率因數提高以后,電網的負載能力就得到提高,減少設備的設計容量。例如當功率因數從0.8增加到0.95時,裝1kVar電容器可節省設備容量0.52kW;反之增加0.52kW;對新建、改建工程,應充分考慮合理的無功補償,可以減少設計容量,節省投資,提高經濟效益。

       

      1.3機房電力無功補償和電力諧波標準

      1.3.1電力無功補償標準

             根據《供配電系統設計規范》GB50052-2009規定:

      (1)當采用提高自然功率因數措施后,仍達不到電網合理運行要求時,應采用并聯電力電容器作為無功補償裝置。

      (2)無功補償容量,宜按無功功率曲線或按以下公式確定:

      Qc=P(tanφ1- tanφ2)

      式中:Qc 是無功補償容量(kvar),P 是用電設備的計算有功功率(kW),tanφ1 是補償前用電設備自然功率因數的正切值,tanφ2 是補償后用電設備功率因數的正切值,取cosφ2 不小于0.9 值。

      cosφ2為供配電系統采用電容器補償后達到的功率因數值。

      1.3.2電力諧波標準

      (1)根據《電子信息系統機房設計規范》GB50174-2008規定:

      不間斷電源系統輸入端總諧波畸變電流THDi<15%(3~39次諧波)。

      (2)根據《電能質量公用電網諧波》GBT 14549-1993規定:

      ① 總諧波畸變電壓THDu:

      ② 總諧波畸變電流THDi: 

      式中:IH是諧波電流含量,I1是基波電流(方均根值),Ih是第h次諧波電流(方均根值)。

      ③ 注入電網公共連接點的諧波電流允許值Ih:

       

       

      1.4機房電力無功補償和電力諧波濾波的一般應用方式 

             針對目前機房電力無功補償和電力諧波濾波的一般應用方式,根據機房供配電系統架構的不同本文列舉出六大類一般應用方式如下:

      (1)一般應用方式1:

      供配電系統架構為:電力變壓器→低壓配電柜→UPS輸入配電柜&機房空調配電柜→UPS→UPS輸出配電柜→UPS列頭柜。

      供配電系統節能凈化措施接入點:設置3個接入點如下圖示。

      ① 第1種應用情況:

      接入點1:電力變壓器低壓配電柜進線開關輸出母線前端設置補償接入點1,通常采用并聯電力電容器無功補償。

      接入點2:機房UPS輸入配電柜進線開關輸出母線前端設置諧波濾波接入點2,通常采用無源濾波器濾波。

      接入點3:機房空調配電柜進線開關輸出母線前端設置補償接入點3,通常采用并聯電力電容器無功補償。

      ② 第2種應用情況:

      接入點1:采用并聯電力電容器無功補償。

      接入點2:采用無源濾波器濾波。

      接入點3:無措施。

      ③ 第3種應用情況:

      接入點1:采用并聯電力電容器無功補償。

      接入點2:無措施。

      接入點3:采用并聯電力電容器無功補償。

      ④ 第4種應用情況:

      接入點1:采用并聯電力電容器無功補償。

      接入點2:無措施。

      接入點3:無措施。

      (2)一般應用方式2:

      供配電系統架構為:電力變壓器→低壓配電柜→UPS輸入配電柜→UPS→UPS輸出配電柜→UPS列頭柜。

      供配電系統節能凈化措施接入點:設置2個接入點如下圖示。

      ① 第1種應用情況:

      接入點1:電力變壓器低壓配電柜進線開關輸出母線前端設置補償接入點1,通常采用并聯電力電容器無功補償。

      接入點2:機房UPS輸入配電柜進線開關輸出母線前端設置諧波濾波接入點2,通常采用無源濾波器濾波。

      ② 第2種應用情況:

      接入點1:采用并聯電力電容器無功補償。

      接入點2:無措施。

      (3)一般應用方式3:

      供配電系統架構為:電力變壓器→低壓配電柜→UPS輸入配電柜→UPS(n臺并機)→UPS輸出配電柜→UPS列頭柜。

      供配電系統節能凈化措施接入點:設置(1+n)個接入點如下圖示。

      ① 第1種應用情況:

      接入點1:電力變壓器低壓配電柜進線開關輸出母線前端設置補償接入點1,通常采用并聯電力電容器無功補償。

      接入點4:機房UPS輸入配電柜UPS回路配電分支母線設置諧波濾波接入點4,通常采用無源濾波器濾波,每臺UPS回路配電分支母線設一個接入點4。

      ② 第2種應用情況:

      接入點1:采用并聯電力電容器無功補償。

      接入點4:無措施。

      (4)一般應用方式4:

      供配電系統架構為:電力變壓器→低壓輸入配電柜→UPS & 機房空調配電柜→UPS輸出配電柜→UPS列頭柜。

      供配電系統節能凈化措施接入點:設置2個接入點如下圖示。

      ① 第1種應用情況:

      接入點1:電力變壓器低壓配電柜進線開關輸出母線前端設置補償接入點1,通常采用并聯電力電容器無功補償。

      接入點2:電力變壓器低壓配電柜進線開關輸出母線前端設置諧波濾波接入點2,通常采用無源濾波器濾波。

      ② 第2種應用情況:

      接入點1:采用并聯電力電容器無功補償。

      接入點2:無措施。

      (5)一般應用方式5:

      供配電系統架構為:電力變壓器→低壓配電柜→機房空調配電柜。

      供配電系統節能凈化措施接入點:設置2個接入點如下圖示。

      ① 第1種應用情況:

      接入點1:電力變壓器低壓配電柜進線開關輸出母線前端設置補償接入點1,通常采用并聯電力電容器無功補償。

      接入點3:機房空調配電柜進線開關輸出母線前端設置補償接入點3,通常采用并聯電力電容器無功補償。

      ② 第2種應用情況:

      接入點1:采用并聯電力電容器無功補償。

      接入點3:無措施。

      (6)一般應用方式6:

      供配電系統架構為:電力變壓器→低壓配電柜→機房輸入配電柜→UPS & 機房空調配電柜→UPS輸出配電柜→UPS列頭柜。

      供配電系統節能凈化措施接入點:設置3個接入點如下圖示。

      ① 第1種應用情況:

      接入點1:電力變壓器低壓配電柜進線開關輸出母線前端設置補償接入點1,通常采用并聯電力電容器無功補償。

      接入點4:機房UPS輸入配電柜進線開關輸出母線前端設置諧波濾波接入點4,通常采用無源濾波器濾波。

      接入點3:機房空調配電柜進線開關輸出母線前端設置補償接入點3,通常采用并聯電力電容器無功補償。

      ② 第2種應用情況:

      接入點1:采用并聯電力電容器無功補償。

      接入點4:采用無源濾波器濾波。

      接入點3:無措施。

      ③ 第3種應用情況:

      接入點1:采用并聯電力電容器無功補償。

      接入點4:無措施。

      接入點3:采用并聯電力電容器無功補償。

      ④ 第4種應用情況:

      接入點1:采用并聯電力電容器無功補償。

      接入點4:無措施。

      接入點3:無措施。

       

      1.5現狀分析

             從以上機房電力無功補償和電力諧波濾波的一般應用方式現狀來看,存在如下幾點問題:

      (1)在電力變壓器低壓配電柜進線開關輸出母線前端設置補償接入點1進行電力無功補償是最常用的、最普遍的應用方式,也是根據供電部門要求是必須設置的無功補償點。而其他許多補償接入點和線路雖然存在功率因數低符合進行無功補償條件卻沒有采取補償措施;

      (2)目前無功補償技術一般采用的是老式補償技術,即采用自動投切電容器組和靜止無功補償器進行補償,存在補償效果差、安全可靠性低等缺點。

      (3)采用專用的電力諧波濾波器治理電網諧波的應用案例較少,一般用的多是無源電力濾波器,存在諧波補償效果差,占地面積大,安全可靠性低等缺點。

          近年來隨著我國電力補償技術的進步,靜止無功補償器SVG和電力有源濾波器APF這些國際先進的可靠的電力補償技術裝備應用逐步普及,推廣使用電力靜止無功補償器和電力有源濾波器可極大地提高電網安全可靠性和推進其節能減排目標的實現。

       

      2. 供配電系統無功補償技術和諧波治理技術

      2.1供配電系統的動態補償技術

      2.1.1自動投切電容器組(TSC,接觸器投切)

             TSC采用電容器分組投切方法向電網增加容性無功負載,提高電網功率因數,是目前主流的低壓成套配電無功補償方式。

      (1)主要優點:

      該法技術簡單、成本低。

      (2)主要缺點:

      ① 分組投切補償是間斷的、不連續的。

      ② 存在欠補償或過補償等問題。

      ③ 存在諧波引起的并聯諧振或諧波放大問題,嚴重影響到電容器組的運行安全與壽命

      2.1.2靜止無功補償器(SVC)

             SVC是由晶閘管控制投切電抗器和電容器組組成,實現無接點快速投切,提高電網功率因數。

      (1)主要優點:

      無功調節速度快、且能實現平滑調節。

      (2)主要缺點:

      ① 該運行方式在投切時容易產生高次諧波,需配置無源濾波器來吸收。

      ② 設備功耗較大。

      ③ 可能引起超載而損壞。

      2.1.3靜止無功發生器(STATCOM、SVG)

             其主體是一個電壓源型逆變器,由可關斷型器件適當的通斷,將電容上的直流電壓轉換成為與電力系統電壓同步的三相交流電壓,再通過電抗器和變壓器并聯接入電網。適當控制逆變器的輸出電壓,就可以靈活地改變其運行工況,使其處于容性、感性或零負荷狀態。

             目前靜止無功發生器SVG已成為補償領域重要而可靠的技術手段,是無功功率控制領域內的最佳方案,最適用在數據中心供配電系統中使用。

      (1)其優越性能如下:

      ① SVG采用的是電源模塊進行無功補償,補償后的功率因素一般在0.98以上,是目前國際上最先進的電力技術。

      ② SVG在5-20毫秒的時間就可以完成一次補償,適用于無功功率動態變化快、變化率高和需要雙向補償的場合。

      ③ 一般無功補償裝置采用的是3—10級的有級補償,每增減一級就是幾十千法電容量,不能實現精確的補償。而SVG可以從0.1千法開始進行無極補償,完全實現平滑、無級差、連續精確補償,達到并維持制定的功率因數。

      ④ 一般無功補償裝置采用的是電容式,電容本身會放大諧波,所以根本不能濾除諧波,SVG不產生諧波更不會放大諧波,并且可以濾除50%以上的諧波。

      ⑤ 一般無功補償裝置使用壽命較短,自身損耗大而且要經常進行維護。SVG使用壽命長,自身損耗極小且基本上不要維護,無損壞危險。

      ⑥雖然初始投入成本較高,但維護成本低。

      (2)靜止無功發生器SVG工作原理

             靜止無功發生器SVG是通過控制自換相橋式電路交流側電流,迅速吸收或發生所需的無功功率,進行動態無功補償,SVG通過內部DSP計算分析負載電流的無功含量,根據設置值來控制PWM信號發生器發出控制信號給內部IGBT,使逆變器產生滿足要求的無功補償電流。

             圖中Us為電網電壓,Ui為SVG輸出的交流電壓,IL為電抗器上通過的電流。在空載運行時:Ui=Us,IL=0,SVG不吸收也不發出無功;在容性運行時:Ui>Us,IL為超前的電流,其幅值可以通過調節Ui來連續控制,從而連續調節SVG發出的無功;在感性運行時:Ui<Us,IL為滯后的電流,此時SVG吸收的無功可以連續控制。

             圖中A點為電源電壓采集點和輸出補償電流的輸送點,B點為線路電流信號采集點。

       

      2.2供配電系統諧波治理技術

      2.2.1無源電力濾波器(LC濾波器)

             無源諧波濾波器也稱為被動調諧式濾波器或簡稱LC濾波器, 是由無源元件包括濾波電容器、電抗器和電阻器適當組合而成的濾波裝置,無源電路中的器件不需要工作電源的支持。無源諧波濾波器與諧波源并聯,除了起到濾波作用外,還兼顧無功補償的需要,被廣泛地應用于UPS設備和供配電系統中。

      (1)主要優點:

      ① 簡單易行,可靠性高。

      ② 做成模塊化結構,可以根據需要配置,可安裝到設備中,也可安裝到系統中。

      ③ 對設計所調諧的諧波,有很好的濾波效果。

      ④ 這種濾波器可同時在某種程度上提高輸入功率因數PF。

      ⑤ 初始投入成本較低。

      (2)主要缺點:

      ① 頻率特性差:濾波頻譜很窄,只能補償固定頻率的諧波,補償效果也不甚理想。

      ② 有級差補償,響應速度慢,負載適應能力差,其濾波效果往往不夠理想。

      ③ 補償特性受電網阻抗和運行狀態影響,易和系統發生并聯諧振,導致諧波放大,造成電網諧波污染,使LC濾波器可能過載甚至燒毀。

      ④ 對電力電容器配置量大,占地面積大。

      ⑤ 維護成本高。

      2.2.2有源電力濾波器(APF)

             有源電力濾波器是由有源元件和無源元件組成的,包括電子器件如雙極型管、單極型管、集成運放構成的諧波補償設備,有源電力濾波器采用開關變換器消除諧波電流,電路中的元件必須有工作電源的支持。有源濾波器主動產生補償諧波電流,抵消電網中的諧波成分。APF是一種用于動態抑制諧波、補償無功的新型電力電子裝置,最適用在數據中心供配電系統中使用。

      (1)其優越性能如下:

      ① 響應速度快,無級差補償,濾波能力強,濾波效果穩定,運行損耗小,效率高。

      ② 能同時動態實時濾除全部諧波或多種選定諧波,可對2到50次之間的諧波進行有選擇的補償或對全部諧波進行補償。

      ③ 在濾除諧波的同時能動態補償基波的無功功率,提高功率因數。

      ④ 安全性好,對配電系統不產生任何負面影響,不存在諧波或電壓放大,可自動限制輸出電流,可以抑制系統中的串聯諧振和并聯諧振,裝置永不過載。

      ⑤ 可對不平衡進行補償,避免負序電流對電網和電氣設備的影響。

      ⑥ 通用性強,適用于任何諧波治理的場合。

      ⑦ 可以通過設備自行判斷得到最佳濾波效果,能自動適應電網的阻抗變化,濾波效果不受系統阻抗的影響。

      ⑧ 能降低線路損耗,消除變壓器和電機發熱,實現系統大幅度節能。

      ⑨ 雖然初始投入成本較高,但維護成本低。

      (2)有源電力濾波器APF工作原理

             有源電力濾波器APF通過檢測補償對象的電壓和電流,對負載電流進行各次諧波和無功的分離,經指令電流運算電路計算得出補償電流的指令信號,該信號經補償電流發生電路放大,其相位與諧波電流與無功電流的相位相反,而大小相等,能夠快速主動輸出補償電流以抵消負載中相應諧波和無功電流分量,實現動態跟蹤補償,保證電網流入負載的電流不畸變。

             工作原理圖中A點為電源電壓采集點和輸出補償電流的輸送點,B點為線路電流信號采集點。

             從下例圖“APF使用效果圖”中可以看出某配電系統在APF開啟前電流波形畸變率很大,波形失真嚴重,而在APF開啟后電流波形得到極大的改善,畸變率很小。

       

      3. 靜止無功補償器和電力有源濾波器應用實用技術

      3.1靜止無功補償器應用實用技術

      3.1.1主要技術參數

             這里列舉出一種適合數據中心電力系統使用的靜止無功補償器SVG產品的主要技術參數,其他與其類似,列舉如下:

      (1)額定電壓:AC380V±20%;

      (2)額定頻率:50Hz±5%;

      (3)額定容量:30kVar、50kVar、75kVar、100kVar、150kVar、200kVar、250kVar、300kVar、350kVar、400kVar、450kVar、500kVar;

      (4)響應時間:瞬時響應≤50μs,全響應≤8ms;

      (5)目標功率因數:容性感性連續可調,補償后功率因數大于等于0.99;

      (6)通信方式:Modbus遠程通信協議,通信接口RS485/232,CAN總線;

      (7)安裝方式:模塊嵌入式安裝;

      (8)模塊最大并聯數:7個。

      (9)產品尺寸可定制,參考尺寸W615xD715xH222。

      3.1.2產品選型計算方法

             靜止無功補償器SVG產品的選型計算一般采用“選型表法”和“查表計算法”,這里以一種產品為例說明如下。

      (1)選型表法

      “選型表法”就是根據數據中心相關電力變壓器容量配置SVG產品容量,如下表:

      (2)查表計算法

          “查表計算法”分兩步進行。

      ① 第一步:查表法

      “查表法”是根據“初始功率因數”和“目標功率因數”這兩個已知條件去查產品手冊表,求出“計算系數”。其中“初始功率因數”是用功率因數表檢測得到的補償前數值,通常功率因數低于0.9時需要補償;“目標功率因數”是預計改善后的功率因數,即采用無功補償后的功率因數,按照供電部門要求和相關電力規范要求目標功率因數應高于0.9,采用靜止無功補償器SVG可設置在0.95以上更加有利于節能;而“計算系數”表示1kW負載所需的實際補償無功功率(kVar)。舉例如下:

      已知:初始功率因數cosφ1=0.85,改善后的功率因數cosφ2=0.96,求計算系數k?

      根據產品手冊表查表:

      得出k=0.328。

      ② 第二步:計算法

      “計算法”是根據“負載有功功率”和“計算系數k”這兩個已知條件的乘積,求出“SVG的安裝容量”。現假設負載有功功率=800kW,計算如下:

      已知:負載有功功率=800kW,計算系數k=0.328,求SVG的安裝容量?

      解:SVG的安裝容量=負載有功功率x計算系數k=800kW x 0.328=262.4kVar,根據SVG產品技術參數表選取SVG容量為250kVar。

      3.1.3機房供配電系統SVG無功補償方案

             機房供配電系統SVG無功補償通常采用的方法主要有三種:集中補償、部分補償、就地補償。

      (1)集中補償

      在電力變壓器低壓側主低壓配電柜進線端安裝靜止無功補償器SVG;

      (2)部分補償

      在需要無功補償的支路的匯總點安裝靜止無功補償器SVG,適用于無功負載集中在某幾條支路的配電系統,如機房空調配電柜進線端;

      (3)就地補償

      在負載的輸入端安裝靜止無功補償器SVG,適用于單臺容量較大或無功負載集中的配電系統,如冷水機組。

       

      3.2電力有源濾波器應用實用技術

      3.2.1主要技術參數

             這里列舉出一種適合數據中心電力系統使用的電力有源濾波器APF產品的主要技術參數,其他與其類似,列舉如下:

      (1)額定電壓:AC380V±20%;

      (2)額定頻率:50Hz±10%;

      (3)額定容量:30A、50A、75A、100A、150A、200A、250A、300A、350A、400A、450A、500A;

      (4)響應時間:動態響應≤50μs,全響應≤8ms;

      (5)濾波范圍:2~51次諧波(可根據實際需求進行設定);

      (6)濾波程度:全頻段治理,可根據實際需求設定濾波次數及其幅值;

      (7)通信方式:Modbus遠程通信協議,通信接口RS485/232,CAN總線;

      (8)安裝方式:模塊嵌入式安裝;

      (9)模塊最大并聯數:7個。

      (10)產品尺寸可定制,參考尺寸W615xD715xH222。

      3.2.2產品選型計算方法

             電力有源濾波器APF產品的選型計算一般采用“選型表法”、“容量計算法”和“現場測試確定容量法”。

      (1)選型表法

      “選型表法”就是根據數據中心相關電力變壓器容量配置APF產品容量,如下表:

      (2)容量計算法

      經驗公式:Ih=sL x ah。

      其中:Ih表示諧波電流,單位為“A”;sL表示計算負荷額定容量,單位為“kVA”;ah表示補償系數,單位為“單位/kV”,補償系數的選擇參見如下表:

      舉例如下:

      已知:假設數據中心負載額定容量sL=800kVA,補償系數ah=0.2單位/kV,求諧波電流Ih?

      解:諧波電流Ih=sL x ah=800x0.2=160(A),根據APF產品技術參數表選取額定容量為200A的APF。

      (3)現場測試確定容量法

      對于已送電運行的配電系統,如發現諧波較大而需配置電力有源濾波器APF,可進行現場配電系統諧波檢測后,再根據檢測結果確定所需配置APF的容量。

      3.2.3機房供配電系統APF補償方案

      電力有源濾波器APF濾波補償通常采用的方法主要有三種:集中補償、部分補償、就地補償。

      (1)集中補償

      在電力變壓器低壓側主低壓配電柜進線端安裝靜止無功補償器APF,適用于負載類型較多的配電系統,非線性負載數量龐大、分散,并且單臺非線性負載諧波含量小的場合;

      (2)部分補償

      在主要諧波源的支路的匯總點安裝需要無功補償的支路的匯總點安裝電力有源濾波器APF,適用于非線性負載集中在某幾條支路的配電系統,如UPS輸入配電柜進線端;

      (3)就地補償

      在負載的輸入端安裝電力有源濾波器APF,適用于單臺諧波含量較大的配電系統,如UPS機組的供電電源端。

       

      3.3  SVG和APF應用注意事項

      (1)SVG和APF與配電系統有2個接入點A和B,A點為電源電壓采集點和輸出補償電流的輸送點,B點為線路電流信號采集點,這兩個點必須在配電母線的同一處位置,以確保配電系統的補償效果和安全可靠性。

      (2)SVG和APF的線路電流信號采集點B是通過專用電流互感器來采集電流信號的,專用電流互感器不可與其他功能混用。

      (3)對于新建機房供配電系統應在設計低壓配電柜柜列時就在需要補償接入點位置預留SVG和APF補償柜,可通過預先設置空柜和預留母線補償接入點的方法為SVG和APF設備的安裝提供條件,解決好配電柜與SVG和APF模塊裝置的整合問題。

      (4)對于老機房配電系統節能改造增設SVG和APF裝置,如母線補償的A、B接入點離開SVG和APF裝置有一定遠的距離,可通過電纜連接實現,但要注意接入A點的電力電纜的截面必須滿足SVG和APF的安裝容量對電纜載流量的要求,接入點B的信號電纜必須采用屏蔽信號電纜,其截面不可小于2.5平方毫米。

      (5)與SVG和APF連接的A點斷路器對于新建機房應在預留SVG和APF補償柜空柜內預留好,對于老機房配電系統節能改造,應在母線補償A點處增設斷路器;斷路器的容量應滿足SVG和APF的安裝容量的要求。

      (6)與SVG和APF連接的B點三相電流互感器對于新建機房應在預留SVG和APF補償柜空柜內預留好,對于老機房配電系統節能改造,應在母線補償B點處增設電流互感器;電流互感器的變比應與SVG和APF的安裝容量匹配。

       

      作者簡介:呂純強,浩德科技副總工,高級工程師,中國計算機用戶協會機房設備應用分會專家委員會委員。本文發表于《機房技術與管理》。

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