大功率UPS输入谐波电流抑制四种方案比较
日期：2008-9-5 0:14:50 来源：中国自动化网
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摘要：针对大功率UPS在使用中可能出现的4种输入谐波电流的情况，针对每个情况阐述输入谐波电流抑制的四种方案，并做一比较。
关键词：UPS 脉动电流
Abstract: This article expounds the four types of input harmonic current suppressions in connection with the four types of input harmonic current that may occur while a high power UPS system is working and then makes a comparison between the four types of suppressions.
Keywords: UPS Pulsating current
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.
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
结束语
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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摘要：针对大功率UPS在使用中可能出现的4种输入谐波电流的情况，针对每个情况阐述输入谐波电流抑制的四种方案，并做一比较。
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关键词：UPS 脉动电流
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Abstract: This article expounds the four types of input harmonic current suppressions in connection with the four types of input harmonic current that may occur while a high power UPS system is working and then makes a comparison between the four types of suppressions.
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Keywords: UPS Pulsating current
——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
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。
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目前大型UPS输入谐波电流抑制共有4种方案
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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:
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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"。
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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。
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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：
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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。
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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,
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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;
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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
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来说,几乎增加60%-80%成本。
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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；
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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：
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a)一台标准的6脉冲整流器
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b)一台移相30度变压器+6脉冲整流器
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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:
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1)．原器件的偷工减料,整整少了一套设备.
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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.
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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.
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4). 系统的扩容会极为困难
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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.
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6). 占地面积会比较大
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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。
P_L_C_技_术_网——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
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；
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四种方案性价比
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结束语
——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
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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