数据中心行业电能质量问题与治理(高峰论坛)
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14
内容提要
➢ 数据中心电能质量问题分析
➢ 华天电气电能质量控制产品介绍
➢ 数据中心电能质量治理案例介绍
15
华天电能质量产品分类
• 动态无功补偿装置 –按补偿方式：三相三线制、三相四线制 –按照补偿速度：普通型、高速型和TSVG型
• 无源滤波器 –按补偿方式：三相三线制、三相四线制 –按照补偿速度：普通型、高速型
• 有源滤波器 –按补偿方式：三相三线制、三相四线制 –按电流检测方式：源电流检测型、负载电流检测型 –按安装方式：落地式、壁挂式、机架式
16
山大华天研发制造中心
17
华天HTPF无源电力滤波器
18
华天HTHF混合有源电力滤波器
19
华天HTQF有源电力滤波器
20
华天HTQF有源电力滤波器
21
9
中央变频空调对电能质量的影响2/2
不控整流电路，整
流器从电网吸取畸变
L1
D1 D3 D5
电流，造成电网谐波 污染。
L2
C1
R1
L3
D4 D6 D2
相控整流电路，整
流器在深度相控下交流
L1
侧功率因数很低，换流
L2
过程引起电网电压波形
L3
畸变。
VT1 VT3 VT5 VT4 VT6 VT2
C1
R1
10
8
中央变频空调对电能质量的影响1/2
数据中心的服务器功耗一般会随着业务量的变动呈现一定规 律的变化，因此数据中心信息设备的发热量也会呈现周期性的变 化，采用变频压缩机、风机、水泵等设备可以有效提高空调设备 制冷效率。
但变频设备的整流电路与UPS相似，多采用不控整流和相控 整流两类，除目前常用的PWM整流电路谐波较少外，其他整流电 路都会对电网造成大量的谐波污染，影响配电系统的安全运行。
6
UPS对电能质量的影响2/3
六脉冲整流器
负载电流波形
由于数据中心大容量UPS的应用，致使大量的5、7、11等高次谐波注
ห้องสมุดไป่ตู้
入到配电系统中，有输入电抗时谐波畸变率达到40%左右，无输入电抗时
可超过60%。
7
UPS对电能质量的影响3/3
PWM整流器 新型UPS会采用PWM整流器或加PFC功率因数校正器，两者都会在配 电系统中引入电容器，在采用有源电力滤波器（APF）进行电能质量治 理时，二者之间存在谐振的危险。
畸变波形的谐波分量
11
谐波的危害1/2
• 降低功率因数，降低电力设备容量，增加电力损耗； • 导致配电系统共振，危及系统安全； • 导致无功补偿设备无法正常运行甚至烧毁； • 引起继电保护设施的误动作，导致意外断电； • 增加电机振动，影响产品质量和电机寿命； • 导致变压器、线路、电机过热，加速设备绝缘老化； • 延缓电弧熄灭，影响断路器的分断容量； • 增加电压峰值，降低绝缘介质寿命； • 导致中线过载，甚至引发事故； • 导致电力计量仪表误差； • 干扰邻近的电力电子设备、工业控制设备和通讯设备
HTQF系列R（机架式）型有源电力滤波器
22
HTVQ无功补偿成套装置
HTFPL能量回馈式可编程电子负载
车间一角-有源滤波器变流器
25
车间一角-有源滤波器生产
26
车间一角-有源滤波器老化
27
华天HTEQ高速动态消谐无功补偿器
28
有源电力滤波器原理
– 国际电工委员会（IEC）给出的电能质量定义 – 根据这一定义，可以认为电能质量就是电压质量，合格的电能质量应当是恒
定频率和恒定幅值的正弦波形电压与连续供电。
3
评价电能质量的主要指标
相对于预定基准的偏离程度：
• 频率偏移 • 长期电压偏移（t ≥1min) • 短期电压偏移（0.5c ≤ t＜1min） • 电磁暂态（t＜0.5c） • 三相不平衡 • 波形失真 • 电压波动和闪变
数据中心行业 电能质量问题与治理
1
内容提要
➢ 数据中心电能质量问题分析
➢ 华天电气电能质量控制产品介绍 ➢ 数据中心电能质量治理案例介绍
2
什么是“电能质量”
Power Quality——电能质量（电源质量、电力质量、电力品质） • 定义1：合格电能质量的概念是指，给敏感设备提供电力和设置的
接地系统均适合于该设备正常工作。
12
谐波的危害2/2
为避免数据中心发生严重事故，造成重大损失，一个稳 定、可靠、洁净的配电系统尤为重要。
13
谐波治理的措施
目前针对谐波治理最有效、性价比最好的方法就是采用有源电 力滤波器（APF），它有以下优势： • 消除各次电压、电流谐波污染和干扰，满足国家标准要求； • 改善电压质量，提高设备运行安全性和可靠性，降低设备温升 和损耗； • 提高系统功率因数，提高线路和电力设备利用率； • 防止系统共振，提高系统运行稳定性，预防设备故障，保障系 统安全； • 降低电力损耗、提高设备效率，节约电能。
谐波的定义
以上这些负荷对电能质量的影响 主要表现为谐波的影响。国际电工标 准(IEC555-2, 1982)和国际大电网会 议(CIGRE)的文献中定义：“谐波分 量为周期量的傅里叶级数中大于1的h 次分量”。IEEE标准中 (参见IEEE标 准519—1981)定义为：“谐波为一周 期波或量的正弦波分量，其频率为基 波频率的整数倍”。
4
数据中心影响电能质量的负荷
• 不间断电源（UPS） • 中央变频空调 • 开关电源 • 计算机 • 充电器 • 电子节能灯等
5
UPS对电能质量的影响1/3
UPS 是数据中心主要的谐波源之一，它以逆变器为主要 元件，稳压稳频输出的电源保护设备，主要由整流器、蓄电 池、逆变器和静态开关等几部分组成。其中整流器作交直变 换给蓄电池提供充电电压，其产生的谐波与整流设备的脉冲 数（也就是可控硅的个数）有关。常规UPS的脉冲数是六脉冲 和十二脉冲，对于六脉冲的UPS其主要的谐波以5、7次谐波为 主，对于十二脉冲的UPS其主要的谐波阶次为11、13次。新型 的UPS带有PWM整流器或PFC，以达到降低谐波、提高功率 因数的目的。
– IEEE标准化协调委员会给出的 power quality（电能质量）的技术定义
• 定义2：电能质量是指供电装置在正常工作情况下不中断和不干扰 用户使用电力的物理特性。
– IEC(1000-2-2/4)标准中给出的电能质量定义
• 定义3：电能质量定义是指在电力系统中某一指定点上电压的特性， 这些特性可根据预定的基准、技术参数来评价。
内容提要
➢ 数据中心电能质量问题分析
➢ 华天电气电能质量控制产品介绍
➢ 数据中心电能质量治理案例介绍
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华天电能质量产品分类
• 动态无功补偿装置 –按补偿方式：三相三线制、三相四线制 –按照补偿速度：普通型、高速型和TSVG型
• 无源滤波器 –按补偿方式：三相三线制、三相四线制 –按照补偿速度：普通型、高速型
• 有源滤波器 –按补偿方式：三相三线制、三相四线制 –按电流检测方式：源电流检测型、负载电流检测型 –按安装方式：落地式、壁挂式、机架式
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山大华天研发制造中心
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华天HTPF无源电力滤波器
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华天HTHF混合有源电力滤波器
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华天HTQF有源电力滤波器
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华天HTQF有源电力滤波器
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中央变频空调对电能质量的影响2/2
不控整流电路，整
流器从电网吸取畸变
L1
D1 D3 D5
电流，造成电网谐波 污染。
L2
C1
R1
L3
D4 D6 D2
相控整流电路，整
流器在深度相控下交流
L1
侧功率因数很低，换流
L2
过程引起电网电压波形
L3
畸变。
VT1 VT3 VT5 VT4 VT6 VT2
C1
R1
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中央变频空调对电能质量的影响1/2
数据中心的服务器功耗一般会随着业务量的变动呈现一定规 律的变化，因此数据中心信息设备的发热量也会呈现周期性的变 化，采用变频压缩机、风机、水泵等设备可以有效提高空调设备 制冷效率。
但变频设备的整流电路与UPS相似，多采用不控整流和相控 整流两类，除目前常用的PWM整流电路谐波较少外，其他整流电 路都会对电网造成大量的谐波污染，影响配电系统的安全运行。
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UPS对电能质量的影响2/3
六脉冲整流器
负载电流波形
由于数据中心大容量UPS的应用，致使大量的5、7、11等高次谐波注
ห้องสมุดไป่ตู้
入到配电系统中，有输入电抗时谐波畸变率达到40%左右，无输入电抗时
可超过60%。
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UPS对电能质量的影响3/3
PWM整流器 新型UPS会采用PWM整流器或加PFC功率因数校正器，两者都会在配 电系统中引入电容器，在采用有源电力滤波器（APF）进行电能质量治 理时，二者之间存在谐振的危险。
畸变波形的谐波分量
11
谐波的危害1/2
• 降低功率因数，降低电力设备容量，增加电力损耗； • 导致配电系统共振，危及系统安全； • 导致无功补偿设备无法正常运行甚至烧毁； • 引起继电保护设施的误动作，导致意外断电； • 增加电机振动，影响产品质量和电机寿命； • 导致变压器、线路、电机过热，加速设备绝缘老化； • 延缓电弧熄灭，影响断路器的分断容量； • 增加电压峰值，降低绝缘介质寿命； • 导致中线过载，甚至引发事故； • 导致电力计量仪表误差； • 干扰邻近的电力电子设备、工业控制设备和通讯设备
HTQF系列R（机架式）型有源电力滤波器
22
HTVQ无功补偿成套装置
HTFPL能量回馈式可编程电子负载
车间一角-有源滤波器变流器
25
车间一角-有源滤波器生产
26
车间一角-有源滤波器老化
27
华天HTEQ高速动态消谐无功补偿器
28
有源电力滤波器原理
– 国际电工委员会（IEC）给出的电能质量定义 – 根据这一定义，可以认为电能质量就是电压质量，合格的电能质量应当是恒
定频率和恒定幅值的正弦波形电压与连续供电。
3
评价电能质量的主要指标
相对于预定基准的偏离程度：
• 频率偏移 • 长期电压偏移（t ≥1min) • 短期电压偏移（0.5c ≤ t＜1min） • 电磁暂态（t＜0.5c） • 三相不平衡 • 波形失真 • 电压波动和闪变
数据中心行业 电能质量问题与治理
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内容提要
➢ 数据中心电能质量问题分析
➢ 华天电气电能质量控制产品介绍 ➢ 数据中心电能质量治理案例介绍
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什么是“电能质量”
Power Quality——电能质量（电源质量、电力质量、电力品质） • 定义1：合格电能质量的概念是指，给敏感设备提供电力和设置的
接地系统均适合于该设备正常工作。
12
谐波的危害2/2
为避免数据中心发生严重事故，造成重大损失，一个稳 定、可靠、洁净的配电系统尤为重要。
13
谐波治理的措施
目前针对谐波治理最有效、性价比最好的方法就是采用有源电 力滤波器（APF），它有以下优势： • 消除各次电压、电流谐波污染和干扰，满足国家标准要求； • 改善电压质量，提高设备运行安全性和可靠性，降低设备温升 和损耗； • 提高系统功率因数，提高线路和电力设备利用率； • 防止系统共振，提高系统运行稳定性，预防设备故障，保障系 统安全； • 降低电力损耗、提高设备效率，节约电能。
谐波的定义
以上这些负荷对电能质量的影响 主要表现为谐波的影响。国际电工标 准(IEC555-2, 1982)和国际大电网会 议(CIGRE)的文献中定义：“谐波分 量为周期量的傅里叶级数中大于1的h 次分量”。IEEE标准中 (参见IEEE标 准519—1981)定义为：“谐波为一周 期波或量的正弦波分量，其频率为基 波频率的整数倍”。
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数据中心影响电能质量的负荷
• 不间断电源（UPS） • 中央变频空调 • 开关电源 • 计算机 • 充电器 • 电子节能灯等
5
UPS对电能质量的影响1/3
UPS 是数据中心主要的谐波源之一，它以逆变器为主要 元件，稳压稳频输出的电源保护设备，主要由整流器、蓄电 池、逆变器和静态开关等几部分组成。其中整流器作交直变 换给蓄电池提供充电电压，其产生的谐波与整流设备的脉冲 数（也就是可控硅的个数）有关。常规UPS的脉冲数是六脉冲 和十二脉冲，对于六脉冲的UPS其主要的谐波以5、7次谐波为 主，对于十二脉冲的UPS其主要的谐波阶次为11、13次。新型 的UPS带有PWM整流器或PFC，以达到降低谐波、提高功率 因数的目的。
– IEEE标准化协调委员会给出的 power quality（电能质量）的技术定义
• 定义2：电能质量是指供电装置在正常工作情况下不中断和不干扰 用户使用电力的物理特性。
– IEC(1000-2-2/4)标准中给出的电能质量定义
• 定义3：电能质量定义是指在电力系统中某一指定点上电压的特性， 这些特性可根据预定的基准、技术参数来评价。