数据中心电能质量治理方案

一、项目背景

1.1 行业标准

  GB/T 14549-1993《电能质量公用电网谐波》

    GB/T 12325-2008《电能质量 供电电压偏差》

    GB/T 15576-2008《低压成套无功功率补偿装置》

GB/T14549-93标准中规定：380V电网中各奇次谐波电压含有率限值为4%，各偶次谐波电压含有率限值为2%。总的谐波电压畸变率（THDu）允许值为5%，以上均指相电压。同时也规定了注入电网公共连接点的谐波电流允许值。

1.2 谐波计算方式

根据测试数据中的电流值（有效值）和电流畸变率（THDi）来计算谐波电流值。

计算公式分析如下：

即，通过仪器测出实时系统中的电流有效值和电流畸变率（THDi），就可算出配电系统中实时的谐波电流值。

二、项目介绍

数据中心的主要目的是运行应用来处理商业和运作的组织的数据。随着机架式、刀片式服务器在机房大量应用，在设备运行中会产生谐波和无功，影响电网质量。

三、必要性分析

配电网络中存在着大量的谐波电流，对设备的安全和生产的稳定造成极大的危害和影响：

（1）对于变压器，谐波电流可导致铜损和杂散损耗增加，谐波电压则会增加铁损。

（2）电网中如有较大的谐波含量，容易导致电容器组和系统电路发生的并联谐振而引起的烧毁，致使无功补偿柜无法进入投运或者不能正常运行。

（3）谐波电流的发热作用大于有效值相等的工频电流，谐波含量较高的电流能使断路器的开断能力降低，加大了断路器容量的配置。谐波还会使低压配电系统低压进线柜的电压保护由于相位变化而误动或拒动。

（4）在电力系统中，因为趋肤效应，高的谐波频率增加了导线的谐波电阻。因此谐波电流会增加线路损耗，并降低线路的传输能力。此外谐波还可能引起浸渍绝缘局部放电，加速电缆绝缘老化，缩短电缆的使用寿命。

（5）如果加于电度表的电压、电流的波形为非正弦波，使工作磁通的波形变为非正弦波，任何非正弦波均可分解为一系列高次谐波，同频高次谐波磁通之间相互作用会产生附加力矩，因而引起附加误差，甚至造成计量混乱。

（6）谐波的存在，会使控制设备损坏或出现误动作的几率大大增加。电力电子设备对供电电压的谐波畸变很敏感，如可编程控制器（PLC），在较高的畸变量可导致控制设备误动作，进而造成生产或运行中断，导致更大的经济损失。

（7）对于生产线，一旦在生产过程中，出现误跳闸，那么有生产的产品出现报废，轻则造成一定的经济损失，重则耽误工作计划进度，延长交货期，带来恶劣影响。由于谐波电流而导致电能质量不高，使得电机工作不稳定，也会导致生产质量不达

四、治理效益

对于电网而言，谐波是一种污染，它会影响和损坏周边的设备。谐波会加大电力元件如变压器的附加损耗，导致设备过热。谐波的存在还会导致补偿电容器与配电系统发生谐振，放大谐波，导致电容器损害甚至爆炸。谐波会导致继电保护装置误动作，引起测量仪表计量不准确。

使用有源电力滤波器后，低压配电系统将会得到以下好处：

1) 减少谐波含量，避免电容器组和系统电路可能会发生的并联谐振而引起的烧毁，保证无功补偿柜的正常运行。

2) 减小流过配电线路的电流有效值，提高功率因数，消除流过配电线路的谐波。从而大大减小线路损耗，降低配电线缆的温升，提高线路带载能力。

3) 减少控制设备和继电保护装置误动作或拒动作，提高供电的安全和可靠性。

4) 补偿三相电流不平衡，减少变压器和线路的铜损以及中线电流，提高供电质量。

5) 减小变压器的附加损耗，降低噪声，提升变压器的带载能力。

6) APF接入后，还能提升变压器和配电线缆的带载能力，相当于对系统进行了一次扩容，减少了系统在扩容方面的投入。

综上，在系统严重的谐波污染得以完美治理后，系统的整体运行效率将会得到提成，系统的安全稳定运行也可以得到有力的保障，因此谐波治理对系统的效益十分巨大。

五、SVG静止无功发生器原理介绍

功能原理图

5.1无功补偿原理

用户可以通过参数设置使SVG进行无功补偿。

SVG通过外部系统电流互感器实时采集电流信号，控制器分离出其中的无功电流部分， IGBT功率变换器产生与系统中的无功电流大小相等相位相反的补偿电流，实现无功补偿的功能。

补偿目标功率因数可以通过用户界面设定，SVG不会出现过补或者欠补，并且补偿电流平滑，不会对负载和电网产生涌流冲击。

5.2 SVG静止无功发生器功能特性

1) 无功补偿范围：1~-1容性感性无功双向补偿，根据系统无功实时变换，线性补偿，平滑投切。

2) 采用模块化设计，简单扩容，安装便利。

3) 采用模块化结构，当其中任一模块发生故障时，不影响其他模块的正常运行，保证装置运行的可靠性，并可方便地通过增加功率模块实现在原柜内扩容。

4) 无功补偿能力：＞95%。

5) IGBT功率变换模块电路采用三电平拓扑结构，主电路采用国际著名品牌的IGBT器件，能自动根据电网运行方式的变化和负载的波动调整输出，以进行实时无功补偿。

6) 过电流限制：采用可靠的限流控制环节，当系统中的无功补偿需求电流大于静止无功发生器的治理能力时，设备在自己的额定容量范围内最大限度的对无功进行补偿，维持正常工作，不会出现过载烧毁等故障。

7) 控制器采用军工级片内双核DSP芯片，计算能力远高于传统的DSP芯片，且具有军工级抗干扰能力，不会出现控制器死机故障，可靠性高。

8) 输入端设置可靠的雷击浪涌保护装置，在操作过电压发生时，保护装置起到保护作用，不损坏设备。静止无功发生器自身的控制装置也设置了防浪涌的措施，通过抗干扰试验。

9) 控制算法采用具有自适应能力的频域筛选矢量补偿算法，使装置补偿效果更好，成熟稳定可靠性更高