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某数据中心电能质量综合治理及结果评价

［摘要］电能质量问题会对数据中心和负载设备带来严重的无功和谐波危害。本文在分析某数据中心的电能质量问题的基础上，通过比较选取了合理有效的电能质量治理方案，并提出了一种基于惩罚型状态变权的电能质量综合评估方法，通过对治理前后测试点电能质量测试数据以及电能质量的评价值的比较，验证了本文提出的治理方案的有效性。

［关键词］数据中心；电能质量；评价指标；综合评估

金属防护罩引言

数据中心机房中的非线性负载包括IT设备和IT辅助设备两类。第一类IT设备包括UPS、直流供电模块HVDC和开关电源等，高频UPS和HVDC均为容性设备，运行时发出容性无功功率返送给高压系统，增加线路损耗；当备用电源启用，容性无功还可能造成油机内部电抗产生电压谐振潜在风险，出现过电压，降低励磁电势，使发电机运行不稳定，容易导致并机崩溃。第二类IT辅助设备包括冷冻机组、空调末端、水泵等，负载由于采用变频节能技术，运行时均会产生谐波，谐波不仅污染电源网络，设备自身也会受污染。

1主要用电设备分析

1.1 机房设备运行分析

在数据中心[1]中，机房的计算机、服务器和网络设备通常都是交流电压经过整流、稳压、滤波后变换为电子器件所需的直流电压来使用，所用的整流电路多为直流侧并接大容量滤波电容的整流电路。相关数据显示，直流供电模块功率因素在0.98左右，电流畸变率在5%～8%，整个系统的无功功率处于容性状态。机房的计算机、服务器是典型的谐波源负荷。尽管单台设备的容量小，谐波电流不大，但对于设备体而言，谐波电流及其危害不容忽视，因此应进行谐波治理。

1.2空调设备运行分析

在现代空调中，其电机和压缩机绝大部分都采用变频或整流技术来调节和控制，在交直交变频设备中，整流器是将交流电变换成直流的电力电子装置，其输入电压为正弦波，输入电流非正弦，带有丰富的谐波。变频器是典型的非线性设备，其产生的谐波量值较大。

1.3高频UPS运行分析

高频UPS由于在输入端采用了整流器，UPS对其电源来说就是一个非线性负载。由它产生的非线性电流通过输入电网的阻抗形成谐波电压。高频UPS电能质量，在低负载率时，UPS的电流畸变率很大，系统容性无功倒送；当负荷率为10%时，电流畸变率降低，此时的谐波大多为5次、7次、11次、13次，无功正位于感性容性的临界点；负荷率在30%及以上时，电流畸变率很小，此时无功为感性。stkx

2 数据中心电能质量治理方案

如前文所述，数据中心（Internet data center , IDC）的电能质量的主要问题是谐波，同时存在无功功率问题，通常有四种治理方案，如图1所示：

图1 四种电能质量治理方案

四种治理方式特点，如表1所示：

表1 四种治理方案比较

技术特点	方式1	方式2	方式3	方式4
滤波范围	窄，固定低次	窄，15次以下	高，2-60次	高，2-60次
开关频率	接地母排固定	10kHz以下	10kHz-20kHz	远程调压阀20kHz
补偿范围	容性	感性--容性	感性--容性	感性--容性
故障概率	易谐振	安全	安全	安全
性价比	高	较低	很低	较高
机房应用	不行	不是很合理	可行性高	可行性最高