1 引言

北京某大型國(guó)有企業(yè)的數(shù)據(jù)中心機(jī)房配備有兩臺(tái)容量均為100kVA的UPS電源，由于大功率UPS的整流器工作時(shí)會(huì)從電網(wǎng)中吸收大量的諧波電流，于是會(huì)在以變壓器為電源側(cè)的配電系統(tǒng)中產(chǎn)生大量的諧波分量，大量的諧波分量會(huì)給供配電系統(tǒng)的安全運(yùn)行帶來(lái)很大的安全隱患。該企業(yè)數(shù)據(jù)中心機(jī)房就曾出現(xiàn)過(guò)保護(hù)設(shè)備誤動(dòng)作，主要原因考慮就是諧波污染引起。

為了徹底弄清該機(jī)房供電系統(tǒng)的諧波污染程度，以便進(jìn)行必要的諧波治理，避免帶來(lái)更大機(jī)房供電系統(tǒng)運(yùn)行事故。筆者應(yīng)用瑞典聯(lián)合電力公司制造的Unilyzer902電能質(zhì)量分析儀對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行了一次詳細(xì)、全面的諧波檢測(cè)，檢測(cè)位置在機(jī)房總進(jìn)線電源母線上（見(jiàn)圖1）。

2 諧波檢測(cè)

2.1 檢測(cè)說(shuō)明

諧波檢測(cè)時(shí)系統(tǒng)的運(yùn)行工況對(duì)檢測(cè)結(jié)果起著至關(guān)重要的作用，諧波的檢測(cè)工作必須在符合要求的工況下進(jìn)行，只有這樣才能使檢測(cè)結(jié)果更加準(zhǔn)確、更符合實(shí)際狀況、更有代表性。

圖1 供電系統(tǒng)簡(jiǎn)圖及監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置

筆者在對(duì)該企業(yè)機(jī)房進(jìn)行諧波檢測(cè)時(shí)，也盡量選擇了UPS負(fù)荷率較大時(shí)進(jìn)行檢測(cè)工作，但由于該機(jī)房?jī)?nèi)兩臺(tái)UPS最大負(fù)荷率均不超過(guò)50%，因此使得檢測(cè)結(jié)果的電流畸變率指標(biāo)較大，而實(shí)際的諧波電流有效值卻不大。另外，為了更加準(zhǔn)確、全面弄清UPS電源引起的諧波大小，連續(xù)檢測(cè)時(shí)間不少于24小時(shí)，數(shù)據(jù)的測(cè)量統(tǒng)計(jì)間隔為5分鐘。

2.2 檢測(cè)結(jié)果分析

筆者下面從各個(gè)方面對(duì)此次檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析，分析從各種不同的數(shù)據(jù)表達(dá)形式入手，包括柱形圖、曲線圖、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表等。

2.2.1 檢測(cè)結(jié)果總攬圖

圖2 諧波檢測(cè)結(jié)果總攬

此次檢測(cè)的各項(xiàng)參數(shù)結(jié)果如上圖2所示，圖中的虛線為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)線，每個(gè)柱形包含該項(xiàng)參數(shù)的兩個(gè)指標(biāo)，一是最大值，用紅色表示；另一項(xiàng)是95%概率值，用藍(lán)色表示。由圖2分析可以看到：

① 由上圖2“電壓畸變率”柱形圖可以直觀看出B相電壓畸變率已超標(biāo)， A相和C相電壓畸變率接近超標(biāo)。查報(bào)表知，A相、B相和C相電壓畸變率分別為4.49%、5.25%和3.28%，B相電壓畸變率已嚴(yán)重超過(guò)國(guó)標(biāo)要求的5%。

② 由上圖2“電壓正偏差”柱形圖可以直觀看出A、B、C三相供電電壓過(guò)高，都已超過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)7%的要求，查報(bào)表知A、B、C三相供電電壓正偏差分別為10.83%、10.95%和10.74%。可見(jiàn)三相實(shí)際運(yùn)行電壓超出系統(tǒng)額定電壓很多，電壓質(zhì)量很壞。

③ 由上圖2“頻率偏差”柱形圖看到系統(tǒng)最大運(yùn)行頻率值超過(guò)國(guó)標(biāo)要求，查報(bào)表知，系統(tǒng)頻率超過(guò)額定頻率0.04Hz，沒(méi)有超出國(guó)標(biāo)要求的0.2Hz，但是存在越限一次，越限值52.49Hz。

④ 其他電能質(zhì)量評(píng)價(jià)參數(shù)（短閃變Pst、長(zhǎng)閃變Plt、不平衡度等）均沒(méi)有超出國(guó)標(biāo)要求值。

2.2.2 檢測(cè)點(diǎn)的電壓測(cè)量結(jié)果

該機(jī)房系統(tǒng)電壓的檢測(cè)情況如下圖3、圖4所示：

圖3 電壓諧波頻譜圖

圖4 三相電壓諧波總畸變率變化曲線圖

通過(guò)以上兩圖發(fā)現(xiàn)：

① A、B、C三相電壓的5、7、11次電壓諧波較為嚴(yán)重，含量比較高，查報(bào)表知其各相電壓諧波含有率95%概率值分別為A相：3.04%、2.84%、1.96%；B相：4.01%、3.00%、2.16%；C相：2.31%、2.02%、1.49%。可見(jiàn)B相5次電壓諧波含有率95%概率值已超國(guó)標(biāo)要求的4%，其他各相各次電壓諧波含有率95%概率值也已接近國(guó)標(biāo)限制值4%。

② A、B、C三相電壓諧波電壓含有率相對(duì)比較高。A、C相電壓畸變率接近國(guó)標(biāo)規(guī)定的5%，B相電壓畸變率超過(guò)國(guó)標(biāo)規(guī)定的5%。

注：圖3中橫坐標(biāo)為諧波次數(shù)，用柱狀圖顯示該次諧波最大值和95%概率值，藍(lán)色表示95％概率值，紅色表示最大值；圖4中橫坐標(biāo)為測(cè)試時(shí)間，縱坐標(biāo)為各相電壓諧波畸變率。

2.2.3檢測(cè)點(diǎn)的電流測(cè)量結(jié)果

該機(jī)房系統(tǒng)電流的檢測(cè)情況如下圖5、圖6所示：

圖5 電流諧波頻譜圖

圖6 三相電流諧波總畸變率變化曲線圖

分析：

① 由上圖5很明顯看到，諧波電流尤其是5、7、11、13、17次電流諧波很大，查報(bào)表知各相電流特性諧波含有量的95%概率值分別是A相：25.80A、19.52 A、7.30 A、3.05 A、2.55 A；B相：24.38 A、17.82 A、6.68A、2.55 A、2.26 A；C相：24.89 A、18.27 A、6.62A、2.43A、2.26 A。

② 由圖6可以看到，A、B、C各相電流的總畸變率已經(jīng)嚴(yán)重超過(guò)了100%（A、B、C各相電流畸變率的95%概率值分別為105.15%、104.97%和103.75%），諧波電流甚至大于系統(tǒng)工頻的正?；娏?，諧波電流污染十分嚴(yán)重。

2.2.4 電壓、電流波形比較

圖7 電壓、電流波形比較圖

由圖7明顯可以看到電流波形（紅色曲線），已經(jīng)不是正弦波的樣子，其畸變率非常嚴(yán)重，超過(guò)100%；電壓波形（藍(lán)色曲線）也不是很光滑的正弦曲線，其畸變率尤其在波峰、波谷處也有超標(biāo)現(xiàn)象。

3 解決方案建議

由上面的檢測(cè)結(jié)果分析得知，該企業(yè)數(shù)據(jù)機(jī)房中心的供電系統(tǒng)的諧波污染比較嚴(yán)重，電壓偏差高，電流畸變大，且系統(tǒng)中除了常見(jiàn)的5次、7次諧波電流外，仍存在較大比例的其他次諧波電流（主要是11、13、17次）；另外，該企業(yè)系統(tǒng)內(nèi)負(fù)荷變化較大，數(shù)據(jù)機(jī)房中心設(shè)備對(duì)供電的安全性要求較高。綜合考慮濾波頻譜范圍、濾波效果及系統(tǒng)安全性等各方面因素，雖然目前大部分供電系統(tǒng)仍采用無(wú)源濾波器的方式，筆者還是建議該企業(yè)采用有源電力濾波器進(jìn)行諧波專項(xiàng)治理，雖然這樣成本較高，但是可以避免系統(tǒng)諧振現(xiàn)象的發(fā)生，并最大限度消除各次諧波分量，使得治理后各項(xiàng)電能指標(biāo)符合國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。

4 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)某大型企業(yè)數(shù)據(jù)中心機(jī)房供電系統(tǒng)存在的諧波污染問(wèn)題，利用Unilyzer902電能質(zhì)量分析儀對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行一次徹底的檢測(cè)，檢測(cè)過(guò)程盡量捕捉到UPS電源的最大運(yùn)行負(fù)荷率時(shí)間。通過(guò)對(duì)檢測(cè)結(jié)果數(shù)據(jù)的多方面分析，計(jì)算出該系統(tǒng)受諧波污染的程度，結(jié)合系統(tǒng)對(duì)供電安全性的要求及負(fù)荷實(shí)際運(yùn)行情況等，提出采用有源電力濾波器進(jìn)行針對(duì)性諧波治理的方案。

（編自《電氣技術(shù)》，作者為周東朋、王鋒。）