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间：2019-11-15
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利用Unilyzer902电能质量分析仪，对某大功率UPS系统的谐波污染情况进行检测，并结合国家相关标准对检测结果进行了全方位的详细分析，从而彻底摸清了该系统的谐波污染程度，得出系统已经严重受到谐波污染的结论，最后考虑到系统的实际情况给出一个建议性解决方案。
引言
某大型国有企业的数据中心机房配备有两台容量均为100kVA的UPS电源，由于大功率UPS的整流器工作时会从电网中吸收大量的谐波电流，于是会在以变压器为电源侧的配电系统中产生大量的谐波分量，大量的谐波分量会给供配电系统的安全运行带来很大的安全隐患。该企业数据中心机房就曾出现过保护设备误动作，主要原因考虑就是谐波污染引起。
为了彻底弄清该机房供电系统的谐波污染程度，以便进行必要的谐波治理，避免带来更大机房供电系统运行事故。笔者应用瑞典联合电力公司制造的Unilyzer902电能质量分析仪对该系统进行了一次详细、全面的谐波检测，检测位置在机房总进线电源母线上。
谐波检测说明
此次检测的各项参数结果如上图2所示，图中的虚线为国家标准线，每个柱形包含该项参数的两个指标，一是最大值，用红色表示；另一项是95%概率值，用蓝色表示。由图2分析可以看到：
①由上图2“电压畸变率”柱形图可以直观看出B相电压畸变率已超标，A相和C相电压畸变率接近超标。查报表知，A相、B相和C相电压畸变率分别为4.49%、5.25%和3.28%，B相电压畸变率已严重超过国标要求的5%。
②由上图2“电压正偏差”柱形图可以直观看出A、B、C三相供电电压过高，都已超过国家标准7%的要求，查报表知A、B、C三相供电电压正偏差分别为10.83%、10.95%和10.74%。可见三相实际运行电压超出系统额定电压很多，电压质量很坏。
③由上图2“频率偏差”柱形图看到系统最大运行频率值超过国标要求，查报表知，系统频率超过额定频率0.04Hz，没有超出国标要求的0.2Hz，但是存在越限一次，越限值52.49Hz。
④其他电能质量评价参数（短闪变Pst、长闪变Plt、不平衡度等）均没有超出国标要求值。
检测点的电压测量结果
该大功率UPS机房系统电压的检测情况通过以上两图发现：
①A、B、C三相电压的5、7、11次电压谐波较为严重，含量比较高，查报表知其各相电压谐波含有率95%概率值分别为A相：3.04%、2.84%、1.96%；B相：4.01%、3.00%、2.16%；C相：2.31%、2.02%、1.49%。可见B相5次电压谐波含有率95%概率值已超国标要求的4%，其他各相各次电压谐波含有率95%概率值也已接近国标限制值4%。
②A、B、C三相电压谐波电压含有率相对比较高。A、C相电压畸变率接近国标规定的5%，B相电压畸变率超过国标规定的5%。
注：图3中横坐标为谐波次数，用柱状图显示该次谐波最大值和95%概率值，蓝色表示95％概率值，红色表示最大值；图4中横坐标为测试时间，纵坐标为各相电压谐波畸变率。
检测点的电流测量结果
该机房系统电流的检测情况
分析：
由上图5很明显看到，谐波电流尤其是5、7、11、13、17次电流谐波很大，查报表知各相电流特性谐波含有量的95%概率值分别是A相：25.80A、19.52A、7.30A、3.05A、2.55A；B相：24.38A、17.82A、6.68A、2.55A、2.26A；C相：24.89A、18.27A、6.62A、2.43A、2.26A。
由图6可以看到，A、B、C各相电流的总畸变率已经严重超过了100%（A、B、C各相电流畸变率的95%概率值分别为105.15%、104.97%和103.75%），谐波电流甚至大于系统工频的正常基波电流，谐波电流污染十分严重。
电压、电流波形比较
由此明显可以看到电流波形（红色曲线），已经不是正弦波的样子，其畸变率非常严重，超过100%；电压波形（蓝色曲线）也不是很光滑的正弦曲线，其畸变率尤其在波峰、波谷处也有超标现象。
解决方案建议
由上面的检测结果分析得知，该企业数据机房中心的供电系统大功率UPS的谐波污染比较严重，电压偏差高，电流畸变大，且系统中除了常见的5次、7次谐波电流外，仍存在较大比例的其他次谐波电流（主要是11、13、17次）；另外，该企业系统内负荷变化较大，数据机房中心设备对供电的安全性要求较高。综合考虑滤波频谱范围、滤波效果及系统安全性等各方面因素，虽然目前大部分供电系统仍采用无源滤波器的方式，笔者还是建议该企业采用有源电力滤波器进行谐波专项治理，虽然这样成本较高，但是可以避免系统谐振现象的发生，并最大限度消除各次谐波分量，使得治理后各项电能指标符合国家相关标准规定。
结束语
针对某大型企业数据中心机房供电系统大功率UPS存在的谐波污染问题，利用Unilyzer902电能质量分析仪对该系统进行一次彻底的检测，检测过程尽量捕捉到UPS电源的最大运行负荷率时间。通过对检测结果数据的多方面分析，计算出该系统受谐波污染的程度，结合系统对供电安全性的要求及负荷实际运行情况等，提出采用有源电力滤波器进行针对性谐波治理的方案。
