爱博精电电能质量治理方案在数据中心项目的应用

随着互联网的快速发展和大数据时代的到来，数据中心快速遍布世界各个城市，与此同时，数据中心的电能质量问题也日益凸显，这不仅关乎数据中心的运营安全，也关系到供配电系统的安全。

北京永丰 E-Data 云计算数据中心位于北京中关村国家自主创新试验区核心区，由上海有孚网络股份有限公司投资建设，是国内领先的企业级云计算运营服务商。

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项目概况

北京有孚安泰大数据云服务平台数据中心机房共设置服务器机柜8000余个。为保障数据中心的可靠运行，分别从位于海淀区的国家电网皇后店变电站和西北旺变电站引入两路10KV进线，总容量90MVA，两回市电同时工作、互为备用，并配有柴油发动机，以确保供电可靠性。 数据中心机房中的主要负荷设备为UPS和服务器，均为开关式电力电子电源设备。

UPS可能够提供电压稳定、波形失真较小的电能，并可在市电掉电或切换时无间断供电。但UPS和服务器开关电源都是非线性负载，运行时会向电网中注入大量谐波电流，对电网造成严重的谐波污染，增加设备损坏，降低使用寿命，甚至会影响设备的正常运行。除此之外，系统轻载时的功率因数一般较低，且呈容性，末端容易过电压。低压配电系统整体的电能质量水平较低，安全性、可靠性方面存在隐忧。数据中心运营部门和供电部门对此都极为重视，因此，治理系统谐波和提高功率因数成为大家的共识。

为了降低谐波危害，提高功率因数，有效消除电能质量隐患，业主决定在配电变压器的低压出线回路安装谐波补偿设备，同时兼有无功补偿功能。根据测算，要达到最佳的治理效果，本项目需要配置12台总量在5000A以上的滤波补偿设备。

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现场负载分析

以下针对本项目中主要的几种非线性负载设备的工作情况进行简要分析，说明其谐波电流主要成分：

UPS谐波源

在数据中心中的容量占比较高。单相UPS电源以3次谐波电流为主，三相6脉波桥式可控硅整流UPS电源以5、7次谐波为主；三相12脉波可控硅整流UPS的11、13次谐波最显著。大功率UPS的整流电路如采用三相全控桥，则由整流环节产生的谐波占总谐波的25% ~ 33%。

开关电源

服务器的开关电源是数据中心的主要负荷，它们常采用电容滤波型桥式整流电路，其工作时在向设备提供稳定直流输出的同时，也会使输入电流波形发生畸变，产生的谐波电流主要为5、7次。

其它IT设备

除服务器外，产生谐波的其它IT设备还有存储设备、网络设备，这些设备的功耗也非常大，产生大量谐波电流，频谱成分比较复杂，主要包含5、7、11、13次谐波，严重威胁自身及其他设备的稳定运行。

空调和通风设备

数据中心的基础设施中安装有大量的空调设备和通风设备，以保证计算机和网络设备的运行环境温湿度符合要求。这些设备目前都采用变频节能技术，即变频压缩机和变频风机，它们产生非常大的谐波电流注入电网，且谐波幅值与频谱成分随负荷波动和调速而变化，危害极大。

照明设备

近年新建项目大量使用节能灯具，如LED灯、节能荧光灯，本数据中心亦如此。节能灯会产生大量的谐波电流，其中3次谐波为最高。且灯具一般为单相负荷，且布线路径长，线径细，多个灯具回路在末端极易形成3次电流在中线叠加，导致中线过流，不但会损坏灯具，还会引起电气火灾。

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爱博精电解决方案

根据北京有孚安泰数据中心的对电能质量的需求特点及其他因素综合考虑，爱博精电为其提供电能质量混合补偿方案。

电能质量治理效果

在对AcuPF825低压配电混合补偿设备进行安装调试后，将系统设置自启动模式，实时监测负载回路电能质量参数，动态补偿无功功率及电流谐波，改善数据中心的电能质量。

北京有孚安泰数据中心在未使用爱博精电AcuPF825混合补偿方案的情况下，数据中心的功率因数0.76，电流谐波畸变率THDI 33.8%，当AcuPF825混合补偿设备开启后，数据中心的功率因数保持在0.95以上，电流谐波畸变率THDI 降低到5%以下。使用爱博精电AcuPF825混合补偿方案提高了数据中心的电能治理效果，保障了数据中心用电设备的稳定运行，该方案得到了北京有孚安泰数据中心运维人员的高度认可，为北京有孚安泰数据中心的安全运维保驾护航。

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相关产品

AcuPF825 低压配电混合补偿

爱博精电AcuPF 825系列混合补偿装置采用的是有源（APF/SVG）和无源TSC相结合的补偿方案。有源可以补偿双向无功、谐波、不平衡，属无级 补偿，且精度高，响应快，但纯有源补偿项目造价高。所以，AcuPF 825系列产品是有源+无源混合补偿方案，且结合两者的优点，通过统一控制实现对负载的无级快速补偿，达到最优性价比。

产品特点

有源无源同柜，统一控制，有源模块器件化，简化电容器设计， 优化电容性能

完整的配电级治理方案，无源：TSC，有源：APFSVG

感性、容性无功双向无级补偿，谐波、无功、不平衡选择性补偿

电力认可 3C 证书的综合补偿装置，更高性价比方案，配电化、 简单的设计

AcuPF 850系列有源滤波器

爱博精电（Accuenergy）推出的 AcuPF 850 系列电力有源滤波器是当今最先进、最完美的治理谐波解决方案。AcuPF 850 集成了最新的电力电子技术和动态智能滤波算法，实时检测网络中的谐波，快速注入各次补偿电流以滤除各阶次谐波。AcuPF 850 在补偿谐波电流的同时还可改善系统 功率因数、三相不平衡度并有效消除闪变，显著提升电能质量。

AcuPF 850 通过安装在电源测的 CT 元件采集电流信号，经信号变换与处理后分离出各次谐波成份，控制核心产生与此相抵消的控制信号驱动 IGBT 变流器发生补偿电流注入到系统中，实现滤除谐波的功能。由于采用了先进的多变量寻优控制算法和电流预测控制策略，达成了高精度补偿 和快速响应速度。

AcuPF 850 采用了高速 DSP 系统和高频 IGBT 变流器，可确保最高补偿至 50 次谐波，在同类产品中性能卓越。

产品特点

不受系统阻抗变化的影响，有效避免系统谐振

补偿响应速度快，响应速度＜ 10ms

补偿效率高，能够补偿高达 50 次谐波

一机多能，除能治理谐波外还能补偿无功和三相不平衡

具有限流功能，自动限制输出电流避免设备过载

全面的设备自检和保护功能

无功补偿功能，能够连续补偿超前和滞后的无功功率

可分相补偿各相电流，使三相电流保持平衡

通讯功能：可具备 485/ 以太网口 /USB 接口

指定次谐波补偿功能（各种谐波幅值相位可调）

参数自整定功能，包括谐波幅值相位调整和互感器纠错功能

AcuSVG 840 有源静止无功发生器

爱博精电（Accuenergy）推出的AcuSVG 840 系列电力有源静止无功发生器是当今最先进、最完美的无功补偿解决方案。AcuSVG 840集成了最新的电力电子技术和动态智能无功补偿算法，实时检测网络中所需的容性或感性无功，快速注入所需补偿的无功电流。

AcuSVG 840在补偿回路中所需无功的同时，改善系统功率因数，显著提升电气设备及电能的有效利用率，同时降低电网的损耗。AcuSVG 840通过安装在电源测的CT元件采集电流信号，经信号变换与处理后分离出所需要补偿无功的性质及大小，控制核心产生与此相应的控制 信号，驱动IGBT 变流器发生补偿电流注入到系统中，实现无功补偿的功能。

由于采用了先进的多变量寻优控制算法和电流预测控制策略，达成了 高精度补偿和快速响应速度。AcuSVG 840采用了高速DSP 系统和高频IGBT 变流器，在补偿无功功率的同时还可以对回路中的谐波进行适当的补偿，在同类产品中性能卓越。

产品特点

电流源型结构，阻抗无穷大，有效避免谐振

动态响应<100us，可实现-1~1双向连续无极补偿 

正序（容性与感性）、负序、零序无功，可根据要求定制补偿相应 谐波，实现无功与谐波的全面补偿

具有限流功能，自动限制输出电流避免设备过载

全面的设备自检和保护功能

内部均为进口器件，保证硬件品质

嵌入式机柜，模块化结构，30~500Kvar容量任意扩展

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项目实施结果

本项目安装便捷，调试用时很短，非常顺利。投运后，系统设置为自启动模式，设备自动监测负载回路电能质量参数，动态补偿无功功率及电流谐波。补偿设备投入前，功率因数0.76，电流谐波畸变率THDI 33.8%，补偿开启后，功率因数达到预置的0.95，电流谐波畸变率THDI 降低到5%以下，完全达成预期效果。业主对设备运行效果非常满意。

实现对负载的无级快速补偿（感性、容性无功双向无级补偿，谐波、无功、不平衡选择性补偿等），以达到最优的性价比。

设备采用有源（APF/SVG）和无源TSC相结合的补偿方案，结合两者特点，采用有源与无源同柜，进行统一的控制

该数据中心共有12台变压器，根据每台变压器的容量及实际负载配置情况，爱博精电为其定制组装了16台 AcuPF825低压配电混合补偿设备。

审核编辑黄宇