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UPS供电系统的谐波治理

来源:机房360 作者:机房360整理 更新时间:2010-11-11 16:51:00

摘要:谐波治理技术一直是UPS设备性能改进和供电系统配置研究的重要课题。回顾一下UPS设备技术进步和配电方案不断改进完善的过程,为了降低系统谐波含量和消除谐波对系统的影响所采取的行之有效的措施。

  谐波治理技术一直是UPS设备性能改进和供电系统配置研究的重要课题。回顾一下UPS设备技术进步和配电方案不断改进完善的过程,为了降低系统谐波含量和消除谐波对系统的影响所采取的行之有效的措施主要有以下5个方面:
  
  1.增大电力系统的供电容量和传输电缆、开关等设备容量;
  
  2.改变变压器的配置和采用不同的连接方式;
  
  3.在系统中和设备内部配置无源滤波器;
  
  4.在UPS设备输入端采用输入功率因数校正电路一一PEC;
  
  5.在系统或设备输入端配置有源滤波器。
  
  增大电力系统的供电设备和传输电缆、开关等容量
  
  本章第2节详细地讲述了谐波对系统的影响,总的来说,这些影响可概括为两个方面一是增大了系统的无功功率,输入功率因数降低,影响系统容量和设备的利用率;二是谐波电压对系统中的其他设备产生干扰,影响系统的稳定性。而谐波电压是谐波电流在系统传输中与线路阻抗一起形成的,如图4-11所示。设想,如果系统中各种设备和电缆传输对谐波电流形成的阻抗很小,谐波电流在传输过程中形成的谐波电压就很小,甚至不形成谐波电压,那么所谓的谐波相互干扰也就不存在了。由此可得出这样的结论,增大电力系统的供电容量和传输电缆、开关等设备容量,是降低系统中谐波传导电压干扰最直接最有效的重要措施。
  
  下面仅以UPS为例,分析一下其输入谐波电流在其上线形成的谐波电压。
  
  由于在输入端采用了整流器,UPS对其上线电源来说就是一个非线性负载。由它产生的非线性电流通过输入电网的阻抗形成谐波电压。假定位于UPS上线的频率为f的正弦波电压源(市电、变压器、发电机组等)的输出阻抗为Zs。这个阻抗Zs(ω)是角频率ω=2πf的函数(电感L的阻抗ωL,电容的阻抗1/ωC),也就是说,不同的谐波电流对应着不同的传输阻抗。定义:
  
  1.Zs1(ω)为基波的传输阻抗,它是基波角频率ω的函数;
  
  2.Zsn(nω)为第n次谐波的传输阻抗,它是谐波角频率nω的函数。
  
  于是,就可以用欧姆定律来计算每次谐波电流所对应的谐波电压,但值得注意的是,
  
  在总电压和总电流之间不存在欧姆定律的线性关系,这种关系仅对是同一频率的谐波才能成立,而富含谐波成分的总电流是不同频率正弦波叠加的周期性电流,所以不能简单地应用欧姆定律。
  
  如果Ih1为基波电流的有效值,Ihn为第n次谐波电流的有效值,则:
  
  Uh1=Zs1(ω)×Ih1
  
  Uh1=Zsn(nω)×Ihn
  
  其中Uh1,为基波电压的有效值,Uh1为第n次谐波电压的有效值。此时电压总谐波失真度THDU%为:

    

  
  因此,UPS在上线母线上造成的电压总谐波失真度取决于不同频率谐波的阻抗,电源的阻抗越高,对应于整流输入的谐波电流而言,电压的总谐波失真度就越大。
  
  如果6脉冲整流器UPS上线配置有变压器,可以计算UPS输入谐波电流通过变压器对输入电压谐波失真度的影响。
  
  举例:一台500kVA变压器,二次侧相电压为240V,在带50Hz/500A基波相电流时的电压降VDROP=5%,并假定变压器的电阻性及电感性的阻值相等;以Z表示变压器阻抗;以R表示变压器电阻;以及表示变压器感抗,以R表示变压器电阻以XL表示变压器电感量。XL=ωL=2πfL;以L表示变压器电感量、

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