數據中心配電系統無功補償及諧波治理的研究

高昂

摘要：在數據中心初期投入使用時，由于UPS等通信設備處于低負荷運行，導致數據中心功率因數超前。文章通過對傳統的電容補償方式結構及原理的分析，提出了基于SVG+APF無功補償及諧波治理方案，能夠有效地解決數據中心功率因素超前及諧波問題，保證了設備安全穩定運行了，具有一定的實踐指導意義。

關鍵詞：無功補償;諧波治理;電容補償

引言

電網需求不斷變化的背景下，國家電網必須主動對配電網結構進行改革優化，提高輸電效率與用電穩定性。通過對我國目前多數電力企業的配電工作分析可知，無功分布不均衡、無功補償體系不健全、投運效率低、諧波問題嚴重等問題，直接或間接對配電網運行造成影響。

1配電網運行現狀

1.1電容補償

由于我國疆域廣闊各個地區的地理環境差異較大，因此配電網運行時存在較大負荷波動，導致了整體電網運行穩定性較差。目前我國很多城鎮與鄉村安裝的配電系統，主要采取戶外塔桿的安裝工作模式，在配電網運行過程中，主要以電容器補償模式為主。

在電容補償工作開展時，主要是因為電容器可以提供穩定固定的無功公路，并且電容器設備的成本較低可以快速安裝操作，提高了電網運行的整體安全性，因此我國配網系統中，主要利用電容器開展無功補償工作。

1.2無功補償

靜止無功發生器（SVG）設備可以對配電網諧波進行一定處理，并發揮出無功補償的工作效果，部分電力企業在對諧波問題處理時，利用SVG設備替代了電容器，以提高電能運行效率與質量。該諧波治理技術已經在國外得到普遍應用，我國的工業配網工作中合理的應用該設備，但是在基層鄉鎮配電網無功補償工作開展時，仍舊采用電容器補償工作方式。

2配電網無功補償技術措施

2.1電容補償與靜止無功發生器補償技術

首先，在使用電容補償技術的過程中，主要采用電容器設備，成本較低，安裝方式簡單，屬于當前廣泛應用的無功補償設備。為了確保無功補償的工作效果，應該積極采用并聯電容器設備，提升功率因數，預防出現損耗問題，增加系統的運行容量，有效調節電容補償的形式，保證工作效果。但是，在聯合電容器設備使用期間，補償效果可能會受到補償步長因素、投切速度因素的影響出現問題，所以必須要結合實際情況，合理分析是否要使用此類技術。其次，可以采用靜止無功發生器設備，替代電容器設備，可以保證電容補償的工作效果。

2.2制定完善的無功補償計劃

在無功補償方面，必須要制定完善計劃，確保相關工作的全面實施。屬于無功補償的綜合方案，可以將無功補償與諧波治理工作相互協調，預防出現無功補償方面的問題。

3數據中心傳統的無功補償及諧波治理方案

3.1數據中心傳統的諧波治理

數據中心傳統的諧波治理采用無源濾波方式，無源濾波器是由電抗器、電容器及電阻組成的濾波電路，濾波電路并聯在配電系統中，當LC的諧振頻率設定在需要濾除的諧波頻率時，達到濾除諧波的目的。但是無源濾波只能濾除特定頻率的諧波，濾波效果差。

3.2數據中心傳統的無功補償

無功補償就是在配電系統中并聯電容進行補償。根據補償地點的不同，分為以下三種方式：

（1）低壓集中補償方式：主要是在變壓器的低壓母線上安裝無功補償裝置，集中補償方式降低了低壓母線的無功損耗，提高供電電源電壓質量，同時接線簡單，便于運行維護，經濟性較好。

（2）高壓集中補償：主要是6-10KV的高壓母線上安裝無功補償裝置，補償裝置可以根據負荷的大小自動投切，減少對電力系統的無功損耗，同時便于運行維護。

（3）低壓分散補償方式：將無功補償裝置裝設在末端的用電設備上，用電設備投入時，無功補償裝置投入，用電設備退出，無功補償裝置退出，補償方式靈活，適用于無功較大的設備。

三種無功補償方式適用范圍各有不同，需根據供配電系統用電負荷情況進行合理選擇，也可采用上述幾種組合所得的混合補償方式。目前中國移動（呼和浩特）數據中心采用低壓+高壓集中補償方式，高壓集中補償方式主要設置在制冷站，用來對高壓冷水機組等制冷設備進行補償，低壓集中補償主要設置在機房低壓進線柜的后端，對機房內后端的負荷進行無功補償。

傳統的電容補償一般由電容器、電抗器、接觸器及自動補償裝置等組成，通過自動補償裝置監測線路的功率因數，當低于設定值時，接觸器吸合，使電容器并聯入線路中，根據實際情況自動調整電容器并入線路的多少。當達到設定值時，停止并入。當線路感性負載減少時，此時線路自動減少并入的電容器容量，以達到設定值。

傳統的電容補償是目前應用最廣泛的補償裝置，是利用電容的容抗來補償電感負載的感抗，在多數場景，補償無功后可以提高功率因素、降低線損、提高設備的使用效率。

3.3合理采用LCL濾波器設備

此類濾波器在實際應用的過程中，屬于三階濾波器設備，具備一定的濾波治理工作效果，其所需要的電感量很少，能夠符合工業制造的需求。所以，在實際工作中必須要重點采用此類濾波器設備，在使用該壟溝播器的過程中，與L型的設備相較，低頻段方面的幅值較為接近，但是，在高頻段方面，LCL類型的設備，衰減速度在60bb/dec左右，濾波治理的效果非常好。但是，此類設備在應用期間，經常會有LC的諧振點問題，所以，在實際的設計工作中，必須要結合諧振點的具體情況，合理設置參數內容。具體的工作中，應該設置純諧波補償的模式，按照有關的工作標準，兩次到無錫的諧波出書電流能力，屬于設備的具體額定電流，六次到五十次的諧波輸出，屬于設備的1/N倍的額定電流，對于N而言，屬于具體的諧波次數，所以在六次到五十次的諧波方面，電壓幅度數據值與電流跟蹤率數據值，和純基波的數據值相同，無需計算處理。而在五次諧波峰值方面，是141A，電流的變化率最高數據值會在五次諧波過零點中出現，是220000A/s。設計相關的諧振頻率點的過程中，必須要按照基礎性的工作要求，在諧波幅值較低的頻率點中設置相關的諧波頻率點，以免因為有誤差出現諧波放大的現象。在此期間，還需注重電感的設計和優化處理，改善電感的設計現狀，有效預防出現諧波治理的問題。

結語

在智能電網建設過程中，基于用戶的用電需求變化，需要不斷提高配電網的電能供應質量與安全。為此對配電網的無功補償工作與諧波治理現狀進行分析可知，配電網的整體運行仍舊存在一定問題，為了提高電網運行的安全性、可靠性與穩定性，需要利用SVG設備替代以往的電容器補償模式，利用SVG設備提升電網的無功補償工作質量與效能，降低抑制電網諧波的產生，為用戶提高可靠穩定的電力資源。

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