电源技术
李菁
（中国电信武汉分公司，湖北武汉
基于某大型数据中心变压器故障的修复案例，通过对低压系统、模块化 运行时产生谐波等电能质量问题进行分析，提出了电能质量治理的多种方案，并进行了测试验最后，对数据中心治理谐波谐振及容性无功等问题给出了建议。 UPS；谐波；容性无功
Analysis on the Influence of Modular UPS in Data Center on Power Quality
周薄LI Jing
Wuhan Branch of China Telecom，Wuhan
Based on the case of a large data center transformer fault repair
Uninterruptible Power Supply），
such as harmonics generated during the operation of modular UPS in the Internet Data Center
then tested and verified. Finally
各套模块化
通过对各台
试UPS对变压器影响，具体测试数据如表
2.2 测试数据分析
变压器三相电流不平衡较大，中线电流大，其
某数据中心低压系统电能质量测试数据表
电流/A电压总谐波畸变率
平均最小最大
8496893.04
7926111.87
7946231.73
125114/
最小最大
-0.971.
-0.951.
-0.961.
表2 某数据中心模块化
压缩胶囊UPS编号
负载比/%
A B C
1#UPS24.523.319.2
2#UPS23.321.920.3
3#UPS16.812.39.9配煤
4#UPS13.110.27.8
5#UPS000
6#UPS000
7#UPS24.421.622.2
8#UPS3027.329.3
9#UPS10.599.5
10#UPS9.91110.2
表3 某数据中心模块化序号测试方法
11-10#UPS正常运行工业氯化钙
28-10#UPS旁路运行，其余UPS正常运行37-10#UPS旁路运行，其余UPS正常运行46-10#UPS旁路运行，其余UPS正常运行55-10#UPS旁路运行，其余UPS正常运行64-10#UPS旁路运行，其余UPS正常运行73-10#UPS旁路运行，其余UPS正常运行82-10#UPS旁路运行，其余UPS正常运行91-10#UPS旁路运行
2020年9月第37卷增刊1
Telecom Power Technology
Ｓｅｐ． ２０２０，Ｖｏｌ． ３７ Ｎｏ． Ｓ１ 李 菁：数据中心模块化UPS对
电能质量的影响分析
问题，而变压器是感性的，UPS跟变压器和其他负载发生了串联谐振；而且由于负载随时在变，因此
系统阻抗特性也随时在变，目前低压系统工作在谐振点附近，如果发生串联谐振，很容易导致变压器烧毁，严重的甚至会把所有设备烧毁；
（2）目前变压器采用了树脂浇注干式电力变压器，变压器联结组别Dyn11，高压侧为角接，低压侧为星接；低压侧N线上电流成分复杂，存在基波零序电流、2次谐波电流、3次谐波电流和9次谐波电流等，造成变压器铁芯中涡流增大、变压器损耗增加、变压器振动增大，导致变压器在UPS投入后噪声由62 dB增大到90 dB，对变压器运行存在很大安全风险。
2.3 模块化UPS对电能质量的影响
随着大型IDC机房用电负荷的多样化，接入变频空调、UPS、高压直流、开关电源和节能灯等大量非线性负载后，会产生谐波，而UPS高频化轻载率呈现的容性与低压系统呈现的感性可能产生系统或局部的谐振。而且，当柴油发电机启动后，也会与发电机内部电抗产生谐振风险，降低发电机励磁电势，使发电机运行不稳定并停机。所以，近年来，在枢纽楼和大型IDC机楼发生因谐波及容性无功导致的低压谐振、变压器谐振和柴油发电机组失励磁停机的故障都有相关案例。
根据本次测试数据分析，模块化UPS在输入侧对电能质量的影响：
（1）空载及负载率小于20%时，电流谐波大于20%，输入侧呈现容性无功，且功率因数极低仅为0.5~0.9，对电网污染严重。
（2）负载率在20%~30%时，电流谐波在10%左右，输入侧呈现容性无功，功率因数在0.9~1正常范围，处于感性与容性的临界点。
（3）负载率在30%以上时，电流谐波小于10%，输入侧趋于感性无功，功率因数在0.9~1正常范围，随着负载率增加UPS处于较好的运行工况。
3 数据中心电能质量治理方案
3.1 提高UPS负载率
在数据中心初期建设和使用阶段，科学规划UPS 系统，减少UPS运行数量，提高UPS负载率，模块化UPS结合采用休眠技术等，能实现降低谐波和容性无功功率，规避对变压器和柴油发电机组的运行风险。
以故障案例中的数据中心为例：
（1）各模块化UPS由原来满配10个模块运行调整为休眠模式，负载率大于20%后，谐波及容性无功明显减少。
（2）由目前10套UPS运行，整合为6套UPS运行，提高UPS模块负载率到30%以上。整合方法与两套UPS作串联运行模式类似：
将两套旁路同源的UPS，使其中一套UPS（主用）的输出接入另一套UPS（备用）的外置旁路，通过备用UPS不停电倒换，使主用UPS通过外置旁路完全接管备用UPS的负载，从而主用UPS负载率提高，备用UPS可以停机，定期对UPS电池进行充电。
当主用UPS负载率增加或者备用UPS有较大的设备加电需求时，也可以通过备用UPS不停电倒换，从外置旁路倒回到备用UPS正常带载运行模式。
需要注意的是，调整的两套UPS不能为同一机柜供电，以避免调整后由同一套UPS输出导致的假双路供电风险。
单眼3d3.2 LC无源滤波
通过电容、电抗构成低阻抗通道，使相应频率的谐波电流大部分流入该支路，以达到吸收谐波电流的目的。设计滤波支路谐振点越高，过谐波能力越强，但极易发生谐振风险。同时，LC无源滤波设计只能吸收固定频率的谐波，没有根据负载特性动态调整能力，因此该方法不适合数据中心复杂的配电系统。3.3 混合滤波补偿
混合滤波补偿融合APF+SVG技术，智能混合一体化控制，兼容性高，可以实时动态补偿系统所需的容性或感性无功及谐波治理，核心控制系统采用模糊控制策略预判谐振，并能自动调整输出，实现容性、感性的双向调节。
APF是指有源电力滤波器，可实时检测电网中负载电流，快速分离出谐波电流分量，并根据谐波电流大小发出控制指令，实时产生大小相等、方向相反的补偿电流注入电网中，实现瞬时抵消、滤波。SVG 是指静止无功发生器，用可关断电力电子器件（IGBT）组成自换相桥式电路，经过电抗器并联在电网上，调节桥式电路交流侧输出电压的幅值和相位，或者直接控制其交流侧电流，迅速吸收或者发出所需的无功功率，实现快速动态调节无功的目的。SVG可以实现从感性到容性动态无功补偿的连续调节，响应快，可靠性高。
目前混合滤波补偿新技术已在数据中心逐渐推广应用，其模块化结构，可根据低压系统容量、实际谐波电流和无功功率进行整理规划和分步配置。
3.4 电磁场治理
该方法采用高纯度铜导体机芯，将微磁场电工
Telecom Power Technology
电感与电抗交互原理相融合，具有电能污染治理，促进三相平衡，提高功率因数，动态调流调压，电磁储能、动态无功补偿等功能，目对于发生变压器故障的数据中心，采用以下两整合为6套
浸涂
UPS 运行，测试数据如表调整后变压器噪声明显减降低，电流谐波和零线电流明显减小，功率因数从
容性0.99。测试结果表明，减少负载率对提升电能质量有效。
方案二，组织对低压系统中电容柜改造为混合滤波补偿柜，如表某数据中心模块化UPS 调整运行数量测试数据表
电流谐波11%5%
某数据中心混合滤波补偿改造测试数据表
电压谐波最大值THDU/%
电流谐波最大值%11%
21.10k
-1.10k 123N
7.2％r <t= 5.0ms THD
RMS
CF
A1=+895.6A2=-463.7A3=-468.8
AN=
3U 4V 4A
L1L2L3N
A
A
7.4％r 7.0％r ％r
1.16k
-1.16k 12
3
N
<t= 5.0ms THD
RMS
CF
A1=+1.024k A2=-498.6A1=-545.6
AN=
A A 3U 4V 4A
L1L2L3N
2.2％r
1.4％r
.3％r
％r
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议