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大功率UPS输入谐波电流抑制的四种方案分析和比较

发布时间:2012-01-11 来源:艾默生UPS产品部

中心议题:

  • 大功率UPS输入谐波电流抑制的方案比较

解决方案:

  • 采用6脉冲UPS+有源谐波滤波器
  • 采用6脉冲UPS+5次谐波滤波器
  • 采用移相变压器+6脉冲整流器的假12脉冲方案
  • 采用12脉冲UPS+11次谐波滤波器


对大功率UPS来说,如果UPS整流装置为三相全控桥6脉整流器,由整流装置产生的谐波占所有谐波的近25-33%,对电网的危害较大,谐波有可造成配电线缆、变压器发热,降低通话质量,空气开关误动作,发电机喘振等不良后果;谐波按电流相序分为+序(3k+1次,k为0和正整数)、-序(3k+2次,k为0和正整数)、0序(3k次,k为正整数),+序电流使损耗加重,-序电流使电机反转、发热,0序电流使中线电流异常增大。 

目前大型UPS输入谐波电流抑制共有4种方案:

方案1:采用6脉冲UPS+有源谐波滤波器,输入电流谐波<5%(额定负载),输入功率因数0.95。这种配置,虽然输入指标非常好,但是技术仍不成熟,存在误补偿、过补偿等问题,导致主输入开关误跳闸或损坏等现象;THM有源谐波滤波器技术缺陷为:

a)、存在"误补偿"问题:由于它的补偿响应时间长达40ms以上,存在"误补偿"隐患。当在输入电源上、执行切除/投入操作或在UPS的输入上游侧、作大负载的切除/投入操作时,易产生”误补偿”。轻者,造成UPS的输入谐波电流”突变”。严重时,会导致UPS的输入开关"误跳闸"。

b)、可靠性偏低:对于6脉冲+有源滤波器的UPS來说,由于在它的有源滤波器中、使用IGBT管作为它的整流器和变换器的功率驱动管, 其故障率偏高。相反,对于12脉冲+无源滤波器的UPS來说,在它的滤波器中、使用的是可靠性很高的电感和电容。

c)、降低系统效率,增加运行成本:有源滤波器的系统效率为:93%左右。对于400KVA UPS并机而言,在满载及按33%的输入谐波电流进行补偿的条件下,如果按毎KW*hr= 0.8元付电费的话,在1年內所需支付的运行费用为:400KVA*0.07/3=9.3KVA; 一年的耗电量为65407KW.Hr, 需要增加的电费开支为:65407X0.8元=5.2万元。

d)、加有源滤波器价格极其昂贵:有源滤波器200KVA UPS的标称输入电流为: 303A ;
谐波电流估算:0.33* 303A = 100A ,如要完全补偿到输入谐波电流含量<5%至少需计算补偿电流: 100A ;
实际配置:一套 100A 的有源滤波器。按目前每安培 1500 -2000元报价,总成本增加15万到20万元,对6脉冲200KVA UPS来说,几乎增加60%-80%成本。

方案2:采用6脉冲UPS+5次谐波滤波器,如果UPS整流装置为三相全控桥6脉整流器,由整流装置产生的谐波占所有谐波的近25-33%加5次谐波滤波器后减小到10%以下, 输入功率因数0.9,可局部减小谐波电流对电网的危害。这种配置,输入电流谐波仍然偏大,对发电机容量配比要求为1:2以上,并存在导致发电机输出异常升高的隐患;

方案3:采用移相变压器+6脉冲整流器的假12脉冲方案
,其组成由2台6脉冲整流器ups拼凑成:

a)一台标准的6脉冲整流器
b)一台移相30度变压器+6脉冲整流器

所构成的假12脉冲整流器UPS。表面看起来满载输入电流谐波为10%,这种配置存在严重单点故障,当一台UPS故障时,系统输入谐波电流急剧增大,严重危害供电系统的安全。主要缺点: 
1) 原器件的偷工减料,整整少了一套设备。
2) 如果一台UPS的整流器发生故障,就转变为6脉冲的UPS, 谐波含量急剧增大。
3) 且对于直流母系线的控制为开环的控制系统.输入均流不可能很好.轻载时的谐波电流依然会很大。
4) 系统的扩容会极为困难
5) 加装的移相变压器不是原装的产品,和原系统的匹配必然不会太好。
6) 占地面积会比较大
7) 性能是12-15%,也比不上12脉冲的UPS。
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方案4:采用12脉冲UPS+11次谐波滤波器,如果UPS整流装置为三相全控桥12脉冲整流器,加11次谐波滤波器后减小到4.5%以下,可基本完全消除谐波电流含量对电网的危害,价格相对有源滤波器要便宜得多。

采用12脉冲UPS+11次谐波滤波器,输入电流谐波为4.5%(额定负载),输入功率因数0.95。这种配置,为UPS行业最成熟最可靠的解决方案,对发电机容量要求为1:1.4;


四种方案性价比

基于上述分析,在实践中将推荐性能最佳、可靠性最高,且经过长期运行实践证明稳定可靠,性价比最好的12脉冲整流器+11次谐波滤波器的谐波消除方案。

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