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大功率UPS輸入諧波電流抑制的四種方案分析和比較
摘要: 目前大型UPS輸入諧波電流抑制共有4種方案,本文分別對此4中方案進行分析和優(yōu)缺點對比,數(shù)據(jù)顯示,,在實踐中將推薦性能最佳,、可靠性最高,且經過長期運行實踐證明穩(wěn)定可靠,,性價比最好的12脈沖整流器+11次諧波濾波器的諧波消除方案,。
Abstract:
Key words :

中心議題:

解決方案:

  • 采用6脈沖UPS+有源諧波濾波器
  • 采用6脈沖UPS+5次諧波濾波器
  • 采用移相變壓器+6脈沖整流器的假12脈沖方案
  • 采用12脈沖UPS+11次諧波濾波器


對大功率UPS來說,如果UPS整流裝置為三相全控橋6脈整流器,,由整流裝置產生的諧波占所有諧波的近25-33%,,對電網的危害較大,諧波有可造成配電線纜,、變壓器發(fā)熱,,降低通話質量,空氣開關誤動作,,發(fā)電機喘振等不良后果,;諧波按電流相序分為+序(3k+1次,k為0和正整數(shù)),、-序(3k+2次,,k為0和正整數(shù))、0序(3k次,,k為正整數(shù)),,+序電流使損耗加重,-序電流使電機反轉,、發(fā)熱,,0序電流使中線電流異常增大?!?br />
目前大型UPS輸入諧波電流抑制共有4種方案:

方案1:采用6脈沖UPS+有源諧波濾波器,,輸入電流諧波<5%(額定負載),輸入功率因數(shù)0.95,。這種配置,,雖然輸入指標非常好,但是技術仍不成熟,,存在誤補償,、過補償?shù)葐栴},導致主輸入開關誤跳閘或損壞等現(xiàn)象;THM有源諧波濾波器技術缺陷為:

a),、存在"誤補償"問題:由于它的補償響應時間長達40ms以上,,存在"誤補償"隱患。當在輸入電源上,、執(zhí)行切除/投入操作或在UPS的輸入上游側,、作大負載的切除/投入操作時,易產生”誤補償”,。輕者,,造成UPS的輸入諧波電流”突變”。嚴重時,,會導致UPS的輸入開關"誤跳閘",。

b)、可靠性偏低:對于6脈沖+有源濾波器的UPS來說,,由于在它的有源濾波器中,、使用IGBT管作為它的整流器和變換器的功率驅動管, 其故障率偏高,。相反,,對于12脈沖+無源濾波器的UPS來說,在它的濾波器中,、使用的是可靠性很高的電感和電容,。

c)、降低系統(tǒng)效率,,增加運行成本:有源濾波器的系統(tǒng)效率為:93%左右,。對于400KVA UPS并機而言,在滿載及按33%的輸入諧波電流進行補償?shù)臈l件下,,如果按毎KW*hr= 0.8元付電費的話,,在1年內所需支付的運行費用為:400KVA*0.07/3=9.3KVA; 一年的耗電量為65407KW.Hr,, 需要增加的電費開支為:65407X0.8元=5.2萬元,。

d)、加有源濾波器價格極其昂貴:有源濾波器200KVA UPS的標稱輸入電流為: 303A ,;
諧波電流估算:0.33* 303A = 100A ,,如要完全補償?shù)捷斎胫C波電流含量<5%至少需計算補償電流: 100A ;
實際配置:一套 100A 的有源濾波器,。按目前每安培 1500 -2000元報價,,總成本增加15萬到20萬元,對6脈沖200KVA UPS來說,,幾乎增加60%-80%成本,。

方案2:采用6脈沖UPS+5次諧波濾波器,,如果UPS整流裝置為三相全控橋6脈整流器,由整流裝置產生的諧波占所有諧波的近25-33%加5次諧波濾波器后減小到10%以下,, 輸入功率因數(shù)0.9,,可局部減小諧波電流對電網的危害。這種配置,,輸入電流諧波仍然偏大,,對發(fā)電機容量配比要求為1:2以上,并存在導致發(fā)電機輸出異常升高的隱患,;

方案3:采用移相變壓器+6脈沖整流器的假12脈沖方案
,其組成由2臺6脈沖整流器ups拼湊成:

a)一臺標準的6脈沖整流器
b)一臺移相30度變壓器+6脈沖整流器

所構成的假12脈沖整流器UPS,。表面看起來滿載輸入電流諧波為10%,,這種配置存在嚴重單點故障,當一臺UPS故障時,,系統(tǒng)輸入諧波電流急劇增大,,嚴重危害供電系統(tǒng)的安全。主要缺點: 
1) 原器件的偷工減料,,整整少了一套設備,。
2) 如果一臺UPS的整流器發(fā)生故障,就轉變?yōu)?脈沖的UPS,, 諧波含量急劇增大,。
3) 且對于直流母系線的控制為開環(huán)的控制系統(tǒng).輸入均流不可能很好.輕載時的諧波電流依然會很大。
4) 系統(tǒng)的擴容會極為困難
5) 加裝的移相變壓器不是原裝的產品,,和原系統(tǒng)的匹配必然不會太好,。
6) 占地面積會比較大
7) 性能是12-15%,也比不上12脈沖的UPS,。


方案4:采用12脈沖UPS+11次諧波濾波器,,如果UPS整流裝置為三相全控橋12脈沖整流器,加11次諧波濾波器后減小到4.5%以下,,可基本完全消除諧波電流含量對電網的危害,,價格相對有源濾波器要便宜得多。

采用12脈沖UPS+11次諧波濾波器,,輸入電流諧波為4.5%(額定負載),,輸入功率因數(shù)0.95。這種配置,,為UPS行業(yè)最成熟最可靠的解決方案,,對發(fā)電機容量要求為1:1.4;

 


四種方案性價比

基于上述分析,,在實踐中將推薦性能最佳,、可靠性最高,且經過長期運行實踐證明穩(wěn)定可靠,性價比最好的12脈沖整流器+11次諧波濾波器的諧波消除方案,。

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