陈冀生1张广明2
　　
　　(1.先控捷联电源设备有限公司,石家庄050035)
　　
　　(2.中国电源学会专家委员会,天津300111)
　　
　　摘要:在数据中心中,供电系统是基础设施最重要的子系统之一,文中将针对现代数据中心供电系统规划设计要求、数据中心供电系统存在的问题和设计理念的变化、数据中心供电系统方案的选择、对UPS设备性能指标的重新认识、系统模块化与模块化UPS、高频机型UPS将成为现代数据中心UPS设备的首选机型、直流输出DC-UPS系统的研究和应用前景、数据中心备用能源的配置、数据中心供电系统的节能设计、供配电系统设备的布局设计与安装等问题,分专题进行系统的介绍和讨论。
　　
　7.4 数据中心供电系统谐波治理技术
　　
　　谐波是现代电力系统普遍存在的,降低供电系统谐波含量和消除谐波对系统影响的措施也是多种多样的,但大致可分为两种:一是被动式的,即在谐波产生后降低它的影响,或者是抑制谐波的传播;二是主动式的,即改进设备性能,从根本上抑制谐波的产生。
　　
　　(1)被动式谐波抑制
　　
　　被动式谐波抑制采用的多是传统的方法,见表7.1。

　　
　　(2)主动式谐波抑制—功率因数校正(PFC)
　　
　　抑制UPS在输入端产生电流谐波的最有效的办法是采用一种高性能整流电路--功率因数校正电路(PFC),使整流电路本身具有输入电流谐波含量低、输入功率因数高等优点。这已经是UPS设备新技术发展的重要趋势之一。功率因数校正技术是20世纪80年代中、后期出现并首先在开关电源中使用的新技术。目前在电路拓扑和控制方面已相当成熟,在三相电路中也称IGBT高频整流。近年来,很多UPS厂家已开始把这一技术应用到模块化UPS和中大功率的UPS设备中。在前述“高频机将成为现代数据中心UPS设备的首选机型”中对此技术的工作原理和性能特点已经有过论述,电路形式见图5.8输入功率因数校正(PFC)原理框图和图5.9六开关三相PFC原理电路。当前的模块化UPS基本上都采用了PFC技术,图7.6是先控捷联电源设备有限公司的200kVA模块化UPS的实测波形和数据。

　　
　　(3)各种谐波治理技术的性能比较
　　
　　前面介绍的治理系统谐波的两种类型都在实际中得到了广泛地应用,具体到数据中心供电系统中,根据当前的实际应用情况,可将这些方法按工作原理概括为以下四种:
　　
　　①6脉冲整流+LC滤波器;
　　
　　②12脉冲整流+LC无源滤波器;
　　
　　③有源滤波器;
　　
　　④功率因数校正PFC(IGBT高频整流)。
　　
　　由于工作原理的不同,其谐波治理的效果和在系统中的配置方法也就存在着明显地差别,可从以下几个方面对这四种形式做出定量和定性的比较,如表7.2所示。

　　
　　从表7.2可以看出,四种结构的谐波滤波措施的性能存在着较大的差别,6脉冲和12脉冲UPS都需要配置无源滤波器,无源滤波器的工作原理是,由电感和电容排列组合的滤波器阻抗在某个特定的ω值时,针对要消除的谐波频率,使对此频率的谐波呈低阻抗状态,采用并联分流原理,该频率谐波电流将主要流过滤波器支路,而对于其它频率电流,滤波器阻抗值大于系统阻抗,滤波器支路分流很少,这样就减小了注入交流系统的谐波电流。但无源滤波器存在着明显的缺点和局限性:
　　
　　①频率特性差:滤波频谱很窄,通常只对设定的谐波频率有较理想的效果;
　　
　　②负载适应能力差:无源滤波器是针对UPS额定负载量设计的，由于电感参数的非线性特点，当流过的电流减小时，滤波效果会受到非常明显的影响。

　　
　　无源滤波器主要是由电感和电容器件组成,负载量变化时,不仅会引起谐波电流频率和幅值发生变化,基波电流幅值也会随负载电流成比例的变化,而电流幅值的变化会直接影响电感参数和LC滤波环节阻抗的变化。当流过的电流减小时,滤波环节的阻抗会由感性变为容性。在实际运行中,UPS很少情况是在额定负载下运行的,为UPS配置的无源滤波器注定会因轻载而达不到预期的滤波效果。表7.3是对无源滤波器的实测数据。
　　
　　(未完待续)

【红尘有你】