大功率UPS輸入諧波電流抑制四種方案比較

對(duì)大功率UPS來(lái)說(shuō),如果UPS整流裝置為三相全控橋6脈整流器，由整流裝置產(chǎn)生的諧波占所有諧波的近25-33%，對(duì)電網(wǎng)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(zhì)量，空氣開關(guān)誤動(dòng)作，發(fā)電機(jī)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(jī)反轉(zhuǎn)、發(fā)熱，0序電流使中線電流異常增大。

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(fù)載），輸入功率因數(shù)0.95。這種配置，雖然輸入指標(biāo)非常好，但是技術(shù)仍不成熟，存在誤補(bǔ)償、過(guò)補(bǔ)償?shù)葐?wèn)題，導(dǎo)致主輸入開關(guān)誤跳閘或損壞等現(xiàn)象；

a)、存在誤補(bǔ)償問(wèn)題：由于它的補(bǔ)償響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)40ms以上,存在誤補(bǔ)償隱患。當(dāng)在輸入電源上、執(zhí)行切除/投入操作或在UPS的輸入上游側(cè)、作大負(fù)載的切除/投入操作時(shí)，易產(chǎn)生”誤補(bǔ)償”。輕者，造成UPS的輸入諧波電流”突變”。嚴(yán)重時(shí)，會(huì)導(dǎo)致UPS的輸入開關(guān)誤跳閘。

b)、可靠性偏低：對(duì)于6脈沖+有源濾波器的UPS硭擔(dān)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(qū)動(dòng)管, 其故障率偏高。相反，對(duì)于12脈沖+無(wú)源濾波器的UPS硭擔(dān)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(yùn)行成本：有源濾波器的系統(tǒng)效率為：93%左右。對(duì)于400KVA UPS并機(jī)而言，在滿載及按33%的輸入諧波電流進(jìn)行補(bǔ)償?shù)臈l件下，如果按KW*hr= 0.8元付電費(fèi)的話，在1年人需支付的運(yùn)行費(fèi)用為：

400KVA*0.07/3=9.3KVA; 一年的耗電量為65407KW.Hr, 需要增加的電費(fèi)開支為：65407X0.8元=5.2萬(wàn)元。

d)、加有源濾波器價(jià)格極其昂貴：有源濾波器200KVA UPS的標(biāo)稱輸入電流為：303A;

諧波電流估算：0.33*303A=100A,

如要完全補(bǔ)償?shù)捷斎胫C波電流含量5%至少需計(jì)算補(bǔ)償電流：100A;

實(shí)際配置：一套100A的有源濾波器。按目前每安培1500-2000元報(bào)價(jià),總成本增加15萬(wàn)到20萬(wàn)元,對(duì)6脈沖200KVA UPS來(lái)說(shuō),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(chǎn)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(duì)電網(wǎng)的危害。這種配置，輸入電流諧波仍然偏大，對(duì)發(fā)電機(jī)容量配比要求為1：2以上，并存在導(dǎo)致發(fā)電機(jī)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(tái)6脈沖整流器ups拼湊成：

a)一臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)的6脈沖整流器

b)一臺(tái)移相30度變壓器+6脈沖整流器

所構(gòu)成的假12脈沖整流器UPS。表面看起來(lái)滿載輸入電流諧波為10％,這種配置存在嚴(yán)重單點(diǎn)故障，當(dāng)一臺(tái)UPS故障時(shí)，系統(tǒng)輸入諧波電流急劇增大，嚴(yán)重危害供電系統(tǒng)的安全。主要缺點(diǎn):

1)．原器件的偷工減料,整整少了一套設(shè)備.

2). 如果一臺(tái)UPS的整流器發(fā)生故障,就轉(zhuǎn)變?yōu)?脈沖的UPS, 諧波含量急劇增大.

3). 且對(duì)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(shí)的諧波電流依然會(huì)很大.

4). 系統(tǒng)的擴(kuò)容會(huì)極為困難

5). 加裝的移相變壓器不是原裝的產(chǎn)品,和原系統(tǒng)的匹配必然不會(huì)太好.

6). 占地面積會(huì)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(duì)電網(wǎng)的危害,價(jià)格相對(duì)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(fù)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(duì)發(fā)電機(jī)容量要求為1：1.4；

四種方案性價(jià)比

基于上述分析，在實(shí)踐中將推薦性能最佳、可靠性最高，且經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期運(yùn)行實(shí)踐證明穩(wěn)定可靠,性價(jià)比最好的12脈沖整流器+11次諧波濾波器的諧波消除方案。