徐 鑫
江苏华美热电有限公司 江苏 徐州 221006
［摘 要］电能质量问题会对数据中心和负载设备带来严重的无功和谐波危害。本文在分析某数据中心的电能质量问题的基础上，通过比较选取了合理有效的电能质量治理方案，并提出了一种基于惩罚型状态变权的电能质量综合评估方法，通过对治理前后测试点电能质量测试数据以及电能质量的评价值的比较，验证了本文提出的治理方案的有效性。
［关 键 词］数据中心；电能质量；评价指标；综合评估
引言
数据中心机房中的非线性负载包括IT设备和IT辅助设备两类。第一类IT设备包括UPS、直流供电模块HVDC和开关电源等，高频UPS和HVDC均为容性设备，运行时发出容性无功功率返送给高压系统，增加线路损耗；当备用电源启用，容性无功还可能造成油机内部电抗产生电压谐振潜在风险，出现过电压，降低励磁电势，使发电机运行不稳定，容易导致并机崩溃。第二类IT辅助设备包括冷冻机组、空调末端、水泵等，负载由于采用变频节能技术，运行时均会产生谐波，谐波不仅污染电源网络，设备自身也会受污染。
1主要用电设备分析
1.1 机房设备运行分析
在数据中心[1]中，机房的计算机、服务器和网络设备通常都是交流电压经过整流、稳压、滤波后变换为电子器件所需的直流电压来使用，所用的整流电路多为直流侧并接大容量滤波电容的整流电路。相关数据显示，直流供电模块功率因素在0.98左右，电流畸变率在5%～8%，整个系统的无功功率处于容性状态。机房的计算机、服务器是典型的谐波源负荷。尽管单台设备的容量小，谐波电流不大，但对于设备群体而言，谐波电流及其危害不容忽视，因此应进行谐波治理。
1.2空调设备运行分析
在现代空调中，其电机和压缩机绝大部分都采用变频或整流技术来调节和控制，在交直交变频设备中，整流器是将交流电变换成直流的电力电子装置，其输入电压为正弦波，输入电流非正弦，带有丰富的谐波。变频器是典型的非线性设备，其产生的谐波量值较大。
1.3高频UPS运行分析
高频UPS由于在输入端采用了整流器，UPS对其电源来说就是一个非线性负载。由它产生的非线性电流通过输入电网的阻抗形成谐波电压。高频UPS电能质量，在低负载率时，UPS的电流畸变率很大，系统容性无功倒送；当负荷率为10%时，电流畸变率降低，此时的谐波大多为5次、7次、11次、13次，无功正位于感性容性的临界点；负荷率在30%及以上时，电流畸变率很小，此时无功为感性。
2 数据中心电能质量治理方案
如前文所述，数据中心（Internet data center , IDC）的电能质量的主要问题是谐波，同时存在无功功率问题，通常有四种治理方案，如图1所示：
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由表1可知，采用方式三、四均可对IDC进行电能质量治理，但考虑有源设备可靠性低、造价高的特点，最终选用方式4，即混合滤波补偿装置对IDC机房进行电能质量治理。
3 电能质量综合评估方法
3.1 电能质量评估指标
配电网三相交流系统中，理想的电压电流波形是ABC三相幅值相等，频率为工频频率且相位相差的正弦波。影响电能质量的因素较多，结合数据机房中的负载情况，主要为电压偏差、频率偏差、谐波、三相不平衡度以及非技术性指标等。
3.2 电能质量评估方法
传统的电能质量评估方法分为客观赋权法和主观赋权法两类。这两种方法往往会夸大或者忽略某一因素的影响，为了解决此类问题，综合考虑电能质量评估内容，在电能质量综合评估过程用引入惩罚型状态变权，提出了
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4 电能质量测试结果分析
4.1电能质量治理结果
现场测试共选择了4个测试点，分别为35kV II段进线开关S352（总进线）；1B段进线开关S412和2B段进线开关S422（多台UPS）；B区UPS2-1主路（单台UPS）；制冷段2#机组6kV进线电源602开关（制冷空调），分别以T1、T2、T3、T4表示。通过测量，治理后的电能质量满足国标要求，具体数据如表2、表3所示。
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4.2电能质量评价
对表2和表3中测试数据去量纲化、归一化处理，使得各项电能质量评估指标变为高优正向指标，即最优值为1，最差值为0；加权求和计算得到各监测点的综合评价值并排序，由于各评估指标都己标准化处理为高优正向指标，因此，综合评价值越高者，电能质量越优。通过加权求和计算后的综合评价值如表4所示。
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由表4可知，IDC机房电能质量治理前T1、T2、T3、T4测试点的评价值分别为0.5357，0.6574，0.5889和0.6032；经混合滤波补偿治理后，测试点的综合评价值为0.7896，0.8759，0.7786和0.8253。说明本文设计的滤波补偿方案有效的提高了IDC机房的电能质量。
5 结语
本文对数据中心机房的电能质量问题进行了研究，针对非线性负载运行时出现的谐波和功率因数问题，选择了混合滤波补偿装置进行电能质量综合治理。为检验电能质量治理方案的有效性，设计了一种基于惩罚型状态变权的电能质量综合评估方法，通过对治理前后测试点电能质量测试数据以及电能质量的评价值的比较，验证了本文提出的治理方案的有效性。
参考文献
［1］ 李学龙,龚海刚.大数据系统综述[J]. 中国科学:信息科学,2015,45(01):1-44.
［2］ 陶顺,肖湘宁.电力系统电能质量评估体系架构[J]. 电工技术学报,2010,25(04):171-175.
［3］ 李娜娜,何正友.主客观权重相结合的电能质量综合评估[J]. 电网技术,2009,33(06):55-61.
作者简介：徐鑫(1972- )，男，汉族，高级工程师，毕业于中国矿业大学电气自动化专业，现主要从事从事电厂管理工作。