愛博精電電能質(zhì)量治理方案在數(shù)據(jù)中心項(xiàng)目的應(yīng)用

隨著互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展和大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來，數(shù)據(jù)中心快速遍布世界各個(gè)城市，與此同時(shí)，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(yùn)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(jì)算數(shù)據(jù)中心位于北京中關(guān)村國家自主創(chuàng)新試驗(yàn)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(jí)云計(jì)算運(yùn)營服務(wù)商。

01

項(xiàng)目概況

北京有孚安泰大數(shù)據(jù)云服務(wù)平臺(tái)數(shù)據(jù)中心機(jī)房共設(shè)置服務(wù)器機(jī)柜8000余個(gè)。為保障數(shù)據(jù)中心的可靠運(yùn)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(jìn)線，總?cè)萘?0MVA，兩回市電同時(shí)工作、互為備用，并配有柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，以確保供電可靠性。 數(shù)據(jù)中心機(jī)房中的主要負(fù)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(shí)無間斷供電。但UPS和服務(wù)器開關(guān)電源都是非線性負(fù)載，運(yùn)行時(shí)會(huì)向電網(wǎng)中注入大量諧波電流，對(duì)電網(wǎng)造成嚴(yán)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(yùn)行。除此之外，系統(tǒng)輕載時(shí)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(yùn)營部門和供電部門對(duì)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(shí)。

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(bǔ)償設(shè)備，同時(shí)兼有無功補(bǔ)償功能。根據(jù)測(cè)算，要達(dá)到最佳的治理效果，本項(xiàng)目需要配置12臺(tái)總量在5000A以上的濾波補(bǔ)償設(shè)備。

02

現(xiàn)場(chǎng)負(fù)載分析

以下針對(duì)本項(xiàng)目中主要的幾種非線性負(fù)載設(shè)備的工作情況進(jìn)行簡(jiǎn)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(fù)荷，它們常采用電容濾波型橋式整流電路，其工作時(shí)在向設(shè)備提供穩(wěn)定直流輸出的同時(shí)，也會(huì)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(chǔ)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(yán)重威脅自身及其他設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)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(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的運(yùn)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(jī)和變頻風(fēng)機(jī)，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(fù)荷波動(dòng)和調(diào)速而變化，危害極大。

照明設(shè)備

近年新建項(xiàng)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(huì)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(fù)荷，且布線路徑長，線徑細(xì)，多個(gè)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(huì)損壞燈具，還會(huì)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(duì)電能質(zhì)量的需求特點(diǎn)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(bǔ)償方案。

電能質(zhì)量治理效果

在對(duì)AcuPF825低壓配電混合補(bǔ)償設(shè)備進(jìn)行安裝調(diào)試后，將系統(tǒng)設(shè)置自啟動(dòng)模式，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)負(fù)載回路電能質(zhì)量參數(shù)，動(dòng)態(tài)補(bǔ)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(bǔ)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(bǔ)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(bǔ)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(yùn)行，該方案得到了北京有孚安泰數(shù)據(jù)中心運(yùn)維人員的高度認(rèn)可，為北京有孚安泰數(shù)據(jù)中心的安全運(yùn)維保駕護(hù)航。

04

相關(guān)產(chǎn)品

AcuPF825 低壓配電混合補(bǔ)償

愛博精電AcuPF 825系列混合補(bǔ)償裝置采用的是有源（APF/SVG）和無源TSC相結(jié)合的補(bǔ)償方案。有源可以補(bǔ)償雙向無功、諧波、不平衡，屬無級(jí) 補(bǔ)償，且精度高，響應(yīng)快，但純有源補(bǔ)償項(xiàng)目造價(jià)高。所以，AcuPF 825系列產(chǎn)品是有源+無源混合補(bǔ)償方案，且結(jié)合兩者的優(yōu)點(diǎn)，通過統(tǒng)一控制實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)載的無級(jí)快速補(bǔ)償，達(dá)到最優(yōu)性價(jià)比。

產(chǎn)品特點(diǎn)

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

完整的配電級(jí)治理方案，無源：TSC，有源：APFSVG

感性、容性無功雙向無級(jí)補(bǔ)償，諧波、無功、不平衡選擇性補(bǔ)償

電力認(rèn)可 3C 證書的綜合補(bǔ)償裝置，更高性價(jià)比方案，配電化、 簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)

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(jìn)、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(dòng)態(tài)智能濾波算法，實(shí)時(shí)檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)中的諧波，快速注入各次補(bǔ)償電流以濾除各階次諧波。AcuPF 850 在補(bǔ)償諧波電流的同時(shí)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(cè)的 CT 元件采集電流信號(hào)，經(jīng)信號(hào)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(hào)驅(qū)動(dòng) IGBT 變流器發(fā)生補(bǔ)償電流注入到系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)濾除諧波的功能。由于采用了先進(jìn)的多變量尋優(yōu)控制算法和電流預(yù)測(cè)控制策略，達(dá)成了高精度補(bǔ)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(bǔ)償至 50 次諧波，在同類產(chǎn)品中性能卓越。

產(chǎn)品特點(diǎn)

不受系統(tǒng)阻抗變化的影響，有效避免系統(tǒng)諧振

補(bǔ)償響應(yīng)速度快，響應(yīng)速度＜ 10ms

補(bǔ)償效率高，能夠補(bǔ)償高達(dá) 50 次諧波

一機(jī)多能，除能治理諧波外還能補(bǔ)償無功和三相不平衡

具有限流功能，自動(dòng)限制輸出電流避免設(shè)備過載

全面的設(shè)備自檢和保護(hù)功能

無功補(bǔ)償功能，能夠連續(xù)補(bǔ)償超前和滯后的無功功率

可分相補(bǔ)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(bǔ)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(cuò)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(jìn)、最完美的無功補(bǔ)償解決方案。AcuSVG 840集成了最新的電力電子技術(shù)和動(dòng)態(tài)智能無功補(bǔ)償算法，實(shí)時(shí)檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)中所需的容性或感性無功，快速注入所需補(bǔ)償?shù)臒o功電流。

AcuSVG 840在補(bǔ)償回路中所需無功的同時(shí)，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(shí)降低電網(wǎng)的損耗。AcuSVG 840通過安裝在電源測(cè)的CT元件采集電流信號(hào)，經(jīng)信號(hào)變換與處理后分離出所需要補(bǔ)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(hào)，驅(qū)動(dòng)IGBT 變流器發(fā)生補(bǔ)償電流注入到系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)無功補(bǔ)償?shù)墓δ堋?/p>

由于采用了先進(jìn)的多變量尋優(yōu)控制算法和電流預(yù)測(cè)控制策略，達(dá)成了 高精度補(bǔ)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(bǔ)償無功功率的同時(shí)還可以對(duì)回路中的諧波進(jìn)行適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償，在同類產(chǎn)品中性能卓越。

產(chǎn)品特點(diǎn)

電流源型結(jié)構(gòu)，阻抗無窮大，有效避免諧振

動(dòng)態(tài)響應(yīng)<100us，可實(shí)現(xiàn)-1~1雙向連續(xù)無極補(bǔ)償?

正序（容性與感性）、負(fù)序、零序無功，可根據(jù)要求定制補(bǔ)償相應(yīng) 諧波，實(shí)現(xiàn)無功與諧波的全面補(bǔ)償

具有限流功能，自動(dòng)限制輸出電流避免設(shè)備過載

全面的設(shè)備自檢和保護(hù)功能

內(nèi)部均為進(jìn)口器件，保證硬件品質(zhì)

嵌入式機(jī)柜，模塊化結(jié)構(gòu)，30~500Kvar容量任意擴(kuò)展

05

項(xiàng)目實(shí)施結(jié)果

本項(xiàng)目安裝便捷，調(diào)試用時(shí)很短，非常順利。投運(yùn)后，系統(tǒng)設(shè)置為自啟動(dòng)模式，設(shè)備自動(dòng)監(jiān)測(cè)負(fù)載回路電能質(zhì)量參數(shù)，動(dòng)態(tài)補(bǔ)償無功功率及電流諧波。補(bǔ)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(bǔ)償開啟后，功率因數(shù)達(dá)到預(yù)置的0.95，電流諧波畸變率THDI 降低到5%以下，完全達(dá)成預(yù)期效果。業(yè)主對(duì)設(shè)備運(yùn)行效果非常滿意。

實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)載的無級(jí)快速補(bǔ)償（感性、容性無功雙向無級(jí)補(bǔ)償，諧波、無功、不平衡選擇性補(bǔ)償?shù)龋?，以達(dá)到最優(yōu)的性價(jià)比。

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

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

審核編輯黃宇