電能質量,從嚴格意義上講,衡量電能質量的主要指標有電壓、頻率和波形。從普遍意義上講是指優質供電,包括電壓質量、電流質量、供電質量和用電質量。其可以定義為:導致用電設備故障或不能正常工作的電壓、電流或頻率的偏差,其內容包括頻率偏差、電壓偏差、電壓波動與閃變、三相不平衡、瞬時或暫態過電壓、波形畸變(諧波)、電壓暫降、中斷、暫升以及供電連續性等。


在IDC數據機房中,開關電源和UPS已經成為機房內不可或缺的設備,可以向負載提供穩壓精度高、穩頻、波形失真小的高質量電能,并且在靜態旁路切換時可以做到供電無間斷。但是,由于開關電源和UPS均為非線性負載,它們在保證輸出高精度電能的同時其本身又會在輸入端產生大量諧波電流,對電網造成嚴重的諧波污染,也影響機房中其他敏感設備,使通信系統的變壓器、電纜、母排等設備的運行損耗增大,也對柴油發電機組、變壓器、電力電纜、電力電子設備、低壓電容等設備產生危害,降低了配電系統的安全性、可靠性。因此,IDC數據機房必然面臨諧波治理問題。


IDC數據機房電力系統中的主要諧波源:非線性負荷。


(1)UPS諧波源


三相供電6脈沖橋式可控硅整流器的UPS電源,沒有3次諧波,5次、7次諧波顯著,三相12脈沖可控硅整流器時,11次、13次諧波最為顯著,而單相供電的UPS電源則以3次諧波為主。 對大功率UPS來說,如果UPS整流裝置為三相全控橋6脈整流器,由整流裝置產生的諧波占所有諧波的近25%~35%。當UPS在不同的負載程度時,即在不停地工作相角時,其諧波的比例是不一樣的。一般負荷較小時,諧波較大;隨著負荷率的上升,諧波電流也增大,但由于基波的增大(分母電大),諧波電流的比例會下降。


(2)開關電源


開關電源諧波含量較高的主要原因是由于在開關電源中采用了電容濾波型橋式整理電路,致使輸入電流波形產生畸變。開關電源在向通信設備提供穩定可靠的48V電源的同時,也對交流電源側產生嚴重諧波污染,開關電源諧波電流主要為5次、7次。


(3)計算機設備


電路中的開關器件(二極管、三極管)及感性負載工作于高頻開關狀態而產生尖峰脈沖;計算機設備產生3次、5次和7次諧波為主的諧波。


(4)無功補償柜


屬于電容裝置,發電機、UPS電源設備、開關電源設備等為電感設備。電感和電容的組合,可能構成共振回路,在共振頻率處產生大環流,當無功補償電容柜投入運行后會引發共振并放大各次諧波。


由此看來,電能質量的含義及范圍頗廣,但是在通信行業里面,最主要的還是諧波以及功率因數低的問題,大量的UPS以及開關電源是主要的諧波源,是導致該行業電能質量差的主要因素,從而又間接影響FC的正常工作,本文將重點從諧波及無功的角度來分析IDC數據機房行業的電能質量。


隨著時間的發展,從上世紀80年代至今,諧波以及諧波的危害已經越來越被大家所熟悉。諧波使電能的產生、傳輸和利用的效率降低,使電氣裝備過熱、產生振動和噪聲,并使絕緣老化,使使用壽命縮短,甚至發生故障或燒毀。諧波可引起電力系統局部并聯諧振或串聯諧振,是諧波含量放大,造成電容等設備燒毀。諧波還會引起繼電保護和自動裝置誤動作,使電能計量出現混亂。對于電力系統外部,諧波對IDC數據機房的設備和電子設備會產生嚴重干擾。


使用有源濾波器消除諧波


目前,IDC數據機房低壓配電系統中主要采用有源電力濾波的方式,與無源濾波相比,有源電力濾波器具有高度可控性和快速響應性,不僅能補償各次諧波,還可抑制閃變,無功補償,有一機多能的特點,其具體特點如下:


(1)濾波特性不受系統阻抗的影響,可消除與系統阻抗發生諧波的危險;


(2)具有自適應功能,可自動跟蹤補償變化著的諧波;


(3)盡管有源電力濾波器有著無源濾波器所不具備的巨大技術優勢,但目前要想在電力系統中完全取代無源濾波器還不太現實。這是因為與無源濾波器相比,有源電力濾波器的成本較高,這一點是限制其推廣使用的關鍵。


有源電力濾波器分為兩種:并聯型有源電力濾波器和串聯型有源電力濾波器,并聯型有源電力濾波器主要解決諧波電流問題;串聯型有源電力濾波器主要解決諧波電壓問題。它們的原理基本相同,并聯型有源濾波器檢測負載電流,通過相應算法計算出其諧波電流,然后發出與負載諧波電流大小相等、方向相反的電流,與負載諧波電流相互抵消,以大道減小電網側諧波電流的目的。


使用SVG提高功率因數


SVG是目前最先進的無功補償裝置,是電力電子高速發展的產物,具有無源設備無法比擬的優越性,使用SVG可以完全不受諧波的影響,可以保證功率因數在0.99左右,補償效果遠遠優于無源設備。與普通無源設備(SVC,FC等)相比,安能捷有源無功補償設備SVG的優勢在于:


(1)SVG不會過補也不會欠補,保證供電系統的用電安全;

(2)SVG的實際補償容量和設備容量一致,占地面積不到同容量無源設備的一半;

(3)SVG不會和系統發生諧振,保證供電系統的用電安全;

(4)SVG整除后期維護費用為零,而無源設備的電容有壽命約束,到一定時間需要更換所有電容,其后期維護費用大;

(5)SVG響應速度更快,全響應時間不到10ms;

(6)SVG本身諧波含量極低;

(7)SVG使用效率高,補償效果優于無源濾波;

(8)SVG本身損耗極小,遠優于無源設備。


無源設備存在著后期維護費用,分級投切容易過補或者欠補,容易和系統發生諧振,將諧波放大,影響配電系統的供電安全,而優能達電氣的UNSVG可以很好解決這些問題。


總言


IDC數據機房的電能質量治理設備的運行,保證了IDC數據機房設備的正常運行使得整個系統的安全、可靠得到有效保證。電力系統用電的安全、經濟、可靠和綠色是現代電網的基本要求也是未來智能電網的存在基礎,在解決電能質量問題的過程中最重要的就是要擁有正確的理念,致力于實現整個供用電系統的環保、高標準運行。


電能質量問題現在越來越受供電和用電企業的重視,綠色用電、高效用電是整個社會的目標,但是電能質量問題終究還是一個非常繁雜的問題,不能簡單理解為單一治理產品(有源電力濾波器或者靜止無功發生器)就可以解決所有的問題。電能質量問題需要從發電、輸電、用電等各個方面各個環節來解決,從理論分析、實踐經驗以及技術應用的綜合考量尋找到解決或緩解企業電能質量的問題方法,然后用對應的電能質量產品進行有效解決!



2016年02月15日

話談電能質量——IDC數據機房行業篇

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