隨著互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展和大數(shù)據(jù)時代的到來，數(shù)據(jù)中心快速遍布世界各個城市，與此同時，數(shù)據(jù)中心的電能質(zhì)量問題也日益凸顯，這不僅關(guān)乎數(shù)據(jù)中心的運營安全，也關(guān)系到供配電系統(tǒng)的安全。

北京永豐 E-Data 云計算數(shù)據(jù)中心位于北京中關(guān)村國家自主創(chuàng)新試驗區(qū)核心區(qū)，由上海有孚網(wǎng)絡(luò)股份有限公司投資建設(shè)，是國內(nèi)領(lǐng)先的企業(yè)級云計算運營服務(wù)商。

01

項目概況

北京有孚安泰大數(shù)據(jù)云服務(wù)平臺數(shù)據(jù)中心機房共設(shè)置服務(wù)器機柜8000余個。為保障數(shù)據(jù)中心的可靠運行，分別從位于海淀區(qū)的國家電網(wǎng)皇后店變電站和西北旺變電站引入兩路10KV進線，總?cè)萘?0MVA，兩回市電同時工作、互為備用，并配有柴油發(fā)動機，以確保供電可靠性。 數(shù)據(jù)中心機房中的主要負荷設(shè)備為UPS和服務(wù)器，均為開關(guān)式電力電子電源設(shè)備。

UPS可能夠提供電壓穩(wěn)定、波形失真較小的電能，并可在市電掉電或切換時無間斷供電。但UPS和服務(wù)器開關(guān)電源都是非線性負載，運行時會向電網(wǎng)中注入大量諧波電流，對電網(wǎng)造成嚴重的諧波污染，增加設(shè)備損壞，降低使用壽命，甚至?xí)绊懺O(shè)備的正常運行。除此之外，系統(tǒng)輕載時的功率因數(shù)一般較低，且呈容性，末端容易過電壓。低壓配電系統(tǒng)整體的電能質(zhì)量水平較低，安全性、可靠性方面存在隱憂。數(shù)據(jù)中心運營部門和供電部門對此都極為重視，因此，治理系統(tǒng)諧波和提高功率因數(shù)成為大家的共識。

為了降低諧波危害，提高功率因數(shù)，有效消除電能質(zhì)量隱患，業(yè)主決定在配電變壓器的低壓出線回路安裝諧波補償設(shè)備，同時兼有無功補償功能。根據(jù)測算，要達到最佳的治理效果，本項目需要配置12臺總量在5000A以上的濾波補償設(shè)備。

02

現(xiàn)場負載分析

以下針對本項目中主要的幾種非線性負載設(shè)備的工作情況進行簡要分析，說明其諧波電流主要成分：

UPS諧波源

在數(shù)據(jù)中心中的容量占比較高。單相UPS電源以3次諧波電流為主，三相6脈波橋式可控硅整流UPS電源以5、7次諧波為主；三相12脈波可控硅整流UPS的11、13次諧波最顯著。大功率UPS的整流電路如采用三相全控橋，則由整流環(huán)節(jié)產(chǎn)生的諧波占總諧波的25% ~ 33%。

開關(guān)電源

服務(wù)器的開關(guān)電源是數(shù)據(jù)中心的主要負荷，它們常采用電容濾波型橋式整流電路，其工作時在向設(shè)備提供穩(wěn)定直流輸出的同時，也會使輸入電流波形發(fā)生畸變，產(chǎn)生的諧波電流主要為5、7次。

其它IT設(shè)備

除服務(wù)器外，產(chǎn)生諧波的其它IT設(shè)備還有存儲設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，這些設(shè)備的功耗也非常大，產(chǎn)生大量諧波電流，頻譜成分比較復(fù)雜，主要包含5、7、11、13次諧波，嚴重威脅自身及其他設(shè)備的穩(wěn)定運行。

空調(diào)和通風(fēng)設(shè)備

數(shù)據(jù)中心的基礎(chǔ)設(shè)施中安裝有大量的空調(diào)設(shè)備和通風(fēng)設(shè)備，以保證計算機和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的運行環(huán)境溫濕度符合要求。這些設(shè)備目前都采用變頻節(jié)能技術(shù)，即變頻壓縮機和變頻風(fēng)機，它們產(chǎn)生非常大的諧波電流注入電網(wǎng)，且諧波幅值與頻譜成分隨負荷波動和調(diào)速而變化，危害極大。

照明設(shè)備

近年新建項目大量使用節(jié)能燈具，如LED燈、節(jié)能熒光燈，本數(shù)據(jù)中心亦如此。節(jié)能燈會產(chǎn)生大量的諧波電流，其中3次諧波為最高。且燈具一般為單相負荷，且布線路徑長，線徑細，多個燈具回路在末端極易形成3次電流在中線疊加，導(dǎo)致中線過流，不但會損壞燈具，還會引起電氣火災(zāi)。

03

愛博精電解決方案

根據(jù)北京有孚安泰數(shù)據(jù)中心的對電能質(zhì)量的需求特點及其他因素綜合考慮，愛博精電為其提供電能質(zhì)量混合補償方案。

電能質(zhì)量治理效果

在對AcuPF825低壓配電混合補償設(shè)備進行安裝調(diào)試后，將系統(tǒng)設(shè)置自啟動模式，實時監(jiān)測負載回路電能質(zhì)量參數(shù)，動態(tài)補償無功功率及電流諧波，改善數(shù)據(jù)中心的電能質(zhì)量。

北京有孚安泰數(shù)據(jù)中心在未使用愛博精電AcuPF825混合補償方案的情況下，數(shù)據(jù)中心的功率因數(shù)0.76，電流諧波畸變率THDI 33.8%，當(dāng)AcuPF825混合補償設(shè)備開啟后，數(shù)據(jù)中心的功率因數(shù)保持在0.95以上，電流諧波畸變率THDI 降低到5%以下。使用愛博精電AcuPF825混合補償方案提高了數(shù)據(jù)中心的電能治理效果，保障了數(shù)據(jù)中心用電設(shè)備的穩(wěn)定運行，該方案得到了北京有孚安泰數(shù)據(jù)中心運維人員的高度認可，為北京有孚安泰數(shù)據(jù)中心的安全運維保駕護航。

04

相關(guān)產(chǎn)品

AcuPF825 低壓配電混合補償

愛博精電AcuPF 825系列混合補償裝置采用的是有源（APF/SVG）和無源TSC相結(jié)合的補償方案。有源可以補償雙向無功、諧波、不平衡，屬無級 補償，且精度高，響應(yīng)快，但純有源補償項目造價高。所以，AcuPF 825系列產(chǎn)品是有源+無源混合補償方案，且結(jié)合兩者的優(yōu)點，通過統(tǒng)一控制實現(xiàn)對負載的無級快速補償，達到最優(yōu)性價比。

產(chǎn)品特點

有源無源同柜，統(tǒng)一控制，有源模塊器件化，簡化電容器設(shè)計， 優(yōu)化電容性能

完整的配電級治理方案，無源：TSC，有源：APFSVG

感性、容性無功雙向無級補償，諧波、無功、不平衡選擇性補償

電力認可 3C 證書的綜合補償裝置，更高性價比方案，配電化、 簡單的設(shè)計

AcuPF 850系列有源濾波器

愛博精電（Accuenergy）推出的 AcuPF 850 系列電力有源濾波器是當(dāng)今最先進、最完美的治理諧波解決方案。AcuPF 850 集成了最新的電力電子技術(shù)和動態(tài)智能濾波算法，實時檢測網(wǎng)絡(luò)中的諧波，快速注入各次補償電流以濾除各階次諧波。AcuPF 850 在補償諧波電流的同時還可改善系統(tǒng) 功率因數(shù)、三相不平衡度并有效消除閃變，顯著提升電能質(zhì)量。

AcuPF 850 通過安裝在電源測的 CT 元件采集電流信號，經(jīng)信號變換與處理后分離出各次諧波成份，控制核心產(chǎn)生與此相抵消的控制信號驅(qū)動 IGBT 變流器發(fā)生補償電流注入到系統(tǒng)中，實現(xiàn)濾除諧波的功能。由于采用了先進的多變量尋優(yōu)控制算法和電流預(yù)測控制策略，達成了高精度補償 和快速響應(yīng)速度。

AcuPF 850 采用了高速 DSP 系統(tǒng)和高頻 IGBT 變流器，可確保最高補償至 50 次諧波，在同類產(chǎn)品中性能卓越。

產(chǎn)品特點

不受系統(tǒng)阻抗變化的影響，有效避免系統(tǒng)諧振

補償響應(yīng)速度快，響應(yīng)速度＜ 10ms

補償效率高，能夠補償高達 50 次諧波

一機多能，除能治理諧波外還能補償無功和三相不平衡

具有限流功能，自動限制輸出電流避免設(shè)備過載

全面的設(shè)備自檢和保護功能

無功補償功能，能夠連續(xù)補償超前和滯后的無功功率

可分相補償各相電流，使三相電流保持平衡

通訊功能：可具備 485/ 以太網(wǎng)口 /USB 接口

指定次諧波補償功能（各種諧波幅值相位可調(diào)）

參數(shù)自整定功能，包括諧波幅值相位調(diào)整和互感器糾錯功能

AcuSVG 840 有源靜止無功發(fā)生器

愛博精電（Accuenergy）推出的AcuSVG 840 系列電力有源靜止無功發(fā)生器是當(dāng)今最先進、最完美的無功補償解決方案。AcuSVG 840集成了最新的電力電子技術(shù)和動態(tài)智能無功補償算法，實時檢測網(wǎng)絡(luò)中所需的容性或感性無功，快速注入所需補償?shù)臒o功電流。

AcuSVG 840在補償回路中所需無功的同時，改善系統(tǒng)功率因數(shù)，顯著提升電氣設(shè)備及電能的有效利用率，同時降低電網(wǎng)的損耗。AcuSVG 840通過安裝在電源測的CT元件采集電流信號，經(jīng)信號變換與處理后分離出所需要補償無功的性質(zhì)及大小，控制核心產(chǎn)生與此相應(yīng)的控制 信號，驅(qū)動IGBT 變流器發(fā)生補償電流注入到系統(tǒng)中，實現(xiàn)無功補償?shù)墓δ堋?/p>

由于采用了先進的多變量尋優(yōu)控制算法和電流預(yù)測控制策略，達成了 高精度補償和快速響應(yīng)速度。AcuSVG 840采用了高速DSP 系統(tǒng)和高頻IGBT 變流器，在補償無功功率的同時還可以對回路中的諧波進行適當(dāng)?shù)难a償，在同類產(chǎn)品中性能卓越。

產(chǎn)品特點

電流源型結(jié)構(gòu)，阻抗無窮大，有效避免諧振

動態(tài)響應(yīng)<100us，可實現(xiàn)-1~1雙向連續(xù)無極補償?

正序（容性與感性）、負序、零序無功，可根據(jù)要求定制補償相應(yīng) 諧波，實現(xiàn)無功與諧波的全面補償

具有限流功能，自動限制輸出電流避免設(shè)備過載

全面的設(shè)備自檢和保護功能

內(nèi)部均為進口器件，保證硬件品質(zhì)

嵌入式機柜，模塊化結(jié)構(gòu)，30~500Kvar容量任意擴展

05

項目實施結(jié)果

本項目安裝便捷，調(diào)試用時很短，非常順利。投運后，系統(tǒng)設(shè)置為自啟動模式，設(shè)備自動監(jiān)測負載回路電能質(zhì)量參數(shù)，動態(tài)補償無功功率及電流諧波。補償設(shè)備投入前，功率因數(shù)0.76，電流諧波畸變率THDI 33.8%，補償開啟后，功率因數(shù)達到預(yù)置的0.95，電流諧波畸變率THDI 降低到5%以下，完全達成預(yù)期效果。業(yè)主對設(shè)備運行效果非常滿意。

實現(xiàn)對負載的無級快速補償（感性、容性無功雙向無級補償，諧波、無功、不平衡選擇性補償?shù)龋赃_到最優(yōu)的性價比。

設(shè)備采用有源（APF/SVG）和無源TSC相結(jié)合的補償方案，結(jié)合兩者特點，采用有源與無源同柜，進行統(tǒng)一的控制

該數(shù)據(jù)中心共有12臺變壓器，根據(jù)每臺變壓器的容量及實際負載配置情況，愛博精電為其定制組裝了16臺 AcuPF825低壓配電混合補償設(shè)備。

審核編輯黃宇