UPS整流濾波與電能質(zhì)量

2.4 對12脈沖含有輸入隔離變壓器和輸入濾波器UPS的諧波分析

D晶牌UPS采用12脈沖晶閘管全橋整流電路，兩個(gè)整流器與輸入端均隔離，原邊為三角形連接、副邊整流器A采用三角形連接，整流器B采用星形連接，該UPS裝有智能化的輸入濾波器，可根據負載量決定是否投入使用部分濾波電容，對于采用12脈沖整流方式的UPS來(lái)說(shuō)，輸入電流的諧波主要以11次、 13次為主，故該UPS濾波器設計即針對11次和13次諧波進(jìn)行吸收，由電能質(zhì)量分析圖(見(jiàn)圖4)可知:對于11次、13次諧波的濾波效果非常好，11 次、13次諧波含量?jì)H為0.3%和0.4%，而總電流諧波畸變也在5.2%以?xún)?，電流呈現出較好的正弦波形且輸入功率因數高達0.94。D品牌UPS采用的智能化輸入濾波器能有效地凈化來(lái)自市電電網(wǎng)的脈沖、浪涌電壓、尖峰電壓、高頻電磁干擾等可能對UPS造成的危害，同時(shí)也可以減小由整流器所形成的電流諧波對市電電網(wǎng)的諧波污染，并且提高了輸入功率因數。

2.5 對脈寬調制整流無(wú)輸入隔離變壓器和輸入濾波器UPS的諧波分析

脈沖整流器是一種以脈寬調制(PWM)方式工作的整流器，與相控整流器相比具有功率因數高、諧波含量低、交流側電流接近于正弦，以及整流器動(dòng)態(tài)響應快的優(yōu)點(diǎn)，國家氣象信息中心12OkVAE品牌UPS即為采用IGBT的PWM整流工作方式的UPS，從電能質(zhì)量分析圖中(見(jiàn)圖5)可以得出:在負載率為62.2%的情況下，其輸入電流總諧波畸變在10.9%以?xún)?，?次諧渡和7次諧波為主，電流波形較接近正弦波，但并不光滑，功率因數很高 (0.94)，符合PWM整流的特點(diǎn)。但是，經(jīng)過(guò)分析比較可知:PWM整流產(chǎn)生的總諧波畸變大于12脈沖相控整流，與傳統的觀(guān)點(diǎn)認為PWM整流諧波含量最低的特點(diǎn)略有差別。

2.6 對6脈沖含有有源+無(wú)源輸入濾波器UPS的諧波分析

300kVAA品牌UPS采用6脈沖整流，無(wú)輸入隔離變壓器，配置了有源濾波器和無(wú)源濾波器的混、合濾波器(THM)作為抑制諧波的措施，有源濾波器的基本原理是:通過(guò)檢測補償對象的電流i1，經(jīng)補償電流檢算電路計算出補償電流的指令信號ic*，該信號作為補償電流參考值經(jīng)補償電流發(fā)生電路得到補償電流實(shí)際值ic，補償電流與負載電流中要補償的諧波及無(wú)功電流抵消(ic=ih)，最終得到期望的電源電流(is=if)。300kVAA品牌UPS 采用了混合濾波器(THM)，當諧渡含量較大時(shí)，有源濾波自動(dòng)投入，當諧波含量較小時(shí)，采用LC無(wú)源濾波。圖6和7分別為混合濾波器的原理示意圖和 300kVAA品牌UPS的THM示意圖，圖8和9分別為在混合濾波器THM后端和前端檢測到的電能質(zhì)量分析圖，將兩圖分析比較可知:在混合濾波器后端測量的效果等同于直接測量6脈沖SCR整流器產(chǎn)生的諧波，觀(guān)察其波形發(fā)現它與250kVAA品牌UPS輸入波形極其類(lèi)似。另外，其總輸入諧波電流畸變很大，最高的一相達到47.6%，尤以5次諧波為主(43.6%)，7次諧波次之(17.2%)且輸入功率因數很低，僅為0.77。對比混合濾波器前端的檢測數據可知:輸入電流波形呈現光滑完好的正弦波，輸入總諧波畸變在4.4%以?xún)龋?次諧波含量相比略大(3.6%)，其余各次諧波含量都很小。有源濾波器對諧波的抑制過(guò)程可以理解為:由有源濾波器產(chǎn)生以下這種波形的電流，即整流器所需波形的電流減去電網(wǎng)波形電流，總而言之，由有源濾波器提供諧波電流，而非電網(wǎng)提供。但是，由于有源濾波器自身無(wú)法產(chǎn)生任何電能，必須以消耗電網(wǎng)電能的方式來(lái)進(jìn)行諧波補償，所以，有源濾波與UPS配合使用時(shí)具有效率不高的缺點(diǎn)。

3 比較和總結

整流、濾波方式輸入總諧波畸變輸入功率因數優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)

6脈沖SCR整流很大較低諧波畸變嚴重

12脈沖SCR整流+30°移相變壓器+11次諧波濾波器較小高諧波抑制效果較好移相變壓器諧波抑制效果不如輸入隔離變壓器

12脈沖SCR整流+輸入隔離變壓器+11次諧波濾波器+13次諧波濾波器很小最高(1) 輸入總諧波畸變很低(2) 功率因數較高(3) 可靠性高、技術(shù)成熟(4) 相對成本低體積較大

IGBT PWM整流小較低(1) 對諧波有一定的抑制效果(2) 功率因數較高(僅限負載率較高的情況)目前無(wú)法生產(chǎn)高功率IGBT整流器

6脈沖SCR整流+混合濾波器最小較低諧波抑制效果很好，輸入總諧波畸變很低(1) 存在誤補償問(wèn)題(2) 可靠性不高(3) 系統效率低(4) 成本高

對于類(lèi)似國家氣象信息中心這樣以大型計算機機房為主要負載的場(chǎng)地環(huán)境來(lái)說(shuō)，選用12脈沖晶閘管(SCR)整流方式，配合以11、13次諧波濾波器或者IGBTPWM整流方式以及6脈沖SCR整流配以混合濾波器的三種形式均可對諧波具有較好的抑制效果但若負載效率較低，則可排除IGBTPWM整流方式，因其在負載率較低的情況下，功率因數也較低。信息中心的計算機房負載量很大且必須考慮能耗問(wèn)題，故綜合諸多因素，12脈沖晶閘管(SCR)整流方式，配合11、13次諧波濾波器的形式在目前較有合適，在諧波的抑制、功率因數的提高方面均有一定的優(yōu)勢。