大功率UPS輸入諧波電流抑制的四種方案分析和比較
英飛凌汽車電子生態(tài)圈
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、過補(bǔ)償?shù)葐栴}，導(dǎo)致主輸入開關(guān)誤跳閘或損壞等現(xiàn)象；THM有源諧波濾波器技術(shù)缺陷為：
a)、存在"誤補(bǔ)償"問題：由于它的補(bǔ)償響應(yīng)時間長達(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，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，會導(dǎo)致UPS的輸入開關(guān)"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(qū)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(yùn)行成本：有源濾波器的系統(tǒng)效率為：93%左右。對于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，如果按毎KW*hr= 0.8元付電費(fèi)的話，在1年內(nèi)所需支付的運(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(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電網(wǎng)的危害。這種配置，輸入電流諧波仍然偏大，對發(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6脈沖整流器ups拼湊成：
a)一臺標(biāo)準(zhǔn)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(gòu)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(yán)重單點(diǎn)故障，當(dāng)一臺UPS故障時，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(kuò)容會極為困難
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(wǎng)的危害，價(jià)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(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，對發(fā)電機(jī)容量要求為1：1.4；
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(qū)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(yùn)行成本：有源濾波器的系統(tǒng)效率為：93%左右。對于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，如果按毎KW*hr= 0.8元付電費(fèi)的話，在1年內(nèi)所需支付的運(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(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電網(wǎng)的危害。這種配置，輸入電流諧波仍然偏大，對發(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6脈沖整流器ups拼湊成：
a)一臺標(biāo)準(zhǔn)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(gòu)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(yán)重單點(diǎn)故障，當(dāng)一臺UPS故障時，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(kuò)容會極為困難
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(wǎng)的危害，價(jià)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(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)過長期運(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。
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