電力系統(tǒng)中的諧波問題及其解決方法

補償及減小諧波的解決方案

　　雖然限制產(chǎn)生諧波電流的標(biāo)準(zhǔn)正在考慮之中，今天的諧波控制主要依賴于補救方法。補償或減小電力系統(tǒng)諧波可以采取多種手段，其效果和效率各不相同。

　　增大中性線配線規(guī)格

　　現(xiàn)代設(shè)施中，中性線的配線容量規(guī)格常常要求與電力配線相同或更大——盡管電力規(guī)范允許減小其規(guī)格。支持多臺個人電腦(比如呼叫中心)的設(shè)計應(yīng)規(guī)定中性線配線超過相線規(guī)格1.73倍。對辦公室隔間里的配線尤其要多加注意。需要指出的是，這種方法可以保護(hù)建筑物配線，但不能保護(hù)變壓器。

　　使用單獨的中性導(dǎo)線

　　在三相分支電路上，要單獨為每根相線導(dǎo)線敷設(shè)中性導(dǎo)線，取代多線分支電路共用一條中性導(dǎo)線的做法。這樣可以增大分支電路處理諧波負(fù)載的容量和能力。這種方法可以有效抑制分支電路中性線上諧波增大，但配電板中性母線和饋電中性導(dǎo)線仍須考慮。

　　使用不會受諧波影響的直流電源

　　在典型數(shù)據(jù)中心里，配電系統(tǒng)通過一臺變壓器把480V交流市電轉(zhuǎn)換為對服務(wù)器機(jī)架饋電的208V交流電。每臺服務(wù)器中的一個或幾個電源再把該交流電轉(zhuǎn)換為供服務(wù)器內(nèi)部組件使用的直流電壓。

　　這些內(nèi)部電源能效不高，它們產(chǎn)生大量熱，增加了房間的空調(diào)系統(tǒng)的工作量以及運轉(zhuǎn)成本。熱耗散也限制了一個數(shù)據(jù)中心里能容納的服務(wù)器數(shù)量。選擇使用直流電來消除這一環(huán)節(jié)是值得的。

　　根據(jù)《能源與電力管理》雜質(zhì)中一篇文章的說法，“配備直流電源而非交流電源的計算機(jī)和服務(wù)器產(chǎn)生的熱量下降20%~40%，功耗降低30%，提高了服務(wù)器的可靠性和安裝靈活性，也減少了維護(hù)需求。”

　　聽起來不錯，但綜合考慮成本、兼容性、可靠性和效率時，棄交流電不用而選擇直流電對多數(shù)數(shù)據(jù)中心來說并不可行。交流電——盡管其效率略低——但對現(xiàn)有設(shè)備是普遍可以接受的。

　　此外，目前尚無針對數(shù)據(jù)中心高電壓點的保險商實驗室(UL)安全標(biāo)準(zhǔn)，而針對交流系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)則十分成熟。這意味著安全風(fēng)險勝過了直流電的潛在效益，至少目前是這樣。

　　在配電元件中使用K級變壓器

　　標(biāo)準(zhǔn)變壓器不是針對非線性負(fù)載產(chǎn)生的高諧波電流而設(shè)計的。當(dāng)連接這些負(fù)載時會過熱并過早發(fā)生故障。當(dāng)諧波開始以具有有害影響的程度引入電氣系統(tǒng)中時(circa 1980)，該行業(yè)的應(yīng)對措施是開發(fā)了K級變壓器。K級變壓器不是用于消除諧波，而是用于處理諧波電流產(chǎn)生的熱量。

　　K系數(shù)額定值范圍在1到50之間。針對線性負(fù)載設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)變壓器K系數(shù)為1。K系數(shù)越高，變壓器能夠承受諧波電流產(chǎn)生的熱量越多。選擇正確的K系數(shù)非常關(guān)鍵，因為它對成本、效率和安全性都有影響。

　　K系數(shù)較高的變壓器一般比K系數(shù)較低的變壓器更大，因此要根據(jù)數(shù)據(jù)中心的諧波曲線選擇合理的K系數(shù)，從而在尺寸、效率和耐熱能力之間取得最佳平衡。

　　帶K-13級變壓器(和大尺寸中性線)的配電單元(PDU)可以有效地處理諧波電力。帶K20級變壓器的配電單元很常見，但對于多數(shù)現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心來說過大。

　　使用諧波減緩式變壓器