浅析UPS电源输入电流谐波和输出有功功率问题

乔黎

摘要：本文主要对不同类型UPS电源的输入电流谐波进行了分析，介绍了谐波的危害，并提出了解决谐波危害的有效方法，文中还对输出有功功率计算的问题进行了阐述，从而提高IT设备供电可靠性。

关键词：UPS电源；输入电流谐波；输出有功功率

前言：随着通信行业的发展，IT设备对电力质量的要求越来越高，UPS电源作为通信机房的重要电源，电源的质量直接影响到IT设备的安全运行。其中，UPS电源的输入电流谐波以及输出有功功率两个因素是UPS电源的重要指标，谐波的存在会对供电以及输电设备等造成较大的危害，输出有功功率与UPS电源的效率息息相关，因此，必须提出相应的措施降低UPS电源输入电流谐波，并提高输出有功功率。

1UPS电源输入电流谐波概述

目前，绿色节能已经成为了社会对电子信息系统机房运行的主要要求，绿色节能目的的达成会受到谐波的影响。根据UPS电源的特点，在其运行过程中，会对电网造成污染，而污染的产生则由电源输入电流谐波问题造成在，为解决上述问题，对UPS电源的输入功率因数进行控制十分重要。针对UPS电源的输入电流谐波问题，我国对此进行了严格的规定，要求在3-39次的范围内，UPS电源输入电流谐波必须控制在15%以下，如超过了这一要求，则认为出现了电网污染的问题[1]。传统的6脉冲整流器的应用是导致谐波污染出现的主要原因，根据对6脉冲整流器的测量发现，其UPS电源输入电流谐波数据如下[2]：

通过对表1中数据的观察与分析可以发现，6脉冲整流器在5次的情况下已经达到了32%，大大超过了15%的数量，因此必定会导致电网污染的出现。但数据显示，在7次-23次的范围内，谐波的含量并没有超过15%的规定[3]。

2谐波的危害与解决

2.1谐波的危害

根据功能的不同，电力设备主要可以分为发电设备、输电设备、供电设备以及用电设备四种类型，谐波的存在会对上述四种类型的设备造成不同程度的危害，具体体现在以下方面[4]：

首先，谐波的存在会对发电设备造成危害。发电设备的运行需要耗费大量的能源，如何有效的节约能源已经成为了社会关注的主要问题，谐波的存在对发电设备的危害主要体现在会对增加发电设备能源消耗量这一方面，对于能源的节约十分不利。

其次，谐波的存在还会对输电设备造成危害。其中增加输电设备的损耗以及引发谐振是危害的主要体现。对于输电设备而言，保证其运行的可靠性与稳定性十分重要，但上述问题的存在均会对其稳定性造成影响，由此可见，谐波对于输电设备的运行会产生十分严重的不良影响。

再次，谐波的存在会对供电设备造成危害，主要体现在会对电容造成损害这一方面，对于供电设备的顺利运行十分不利，因此必须加大力度解决这一方面的问题[5]。

最后，谐波还会对用电设备造成危害，体现在导致用电设备功率增大方面。

2.2谐波问题的解决

通过增加无源谐波滤波器以及有源滤波器的两种方式能够有效的解决谐波对电网造成的污染，降低谐波的存在对用电以及输电等设备所造成的危害，具体解决措施包括以下几点：

首先，可以通过增加无源谐波滤波器的方式解决谐波危害，这一类型的滤波器主要通过电感和电容形成谐振电路，并形成低阻通道，最终达到降低谐波含量的目的。就目前的情况看，无源谐波滤波器的应用较为广泛，这是由其对于成本要求低的优势所决定的，除此之外，无源谐波滤波器还具有操作简单的特点。但需要认识到的是，这一类型滤波器的应用同样具有固有的缺陷，主要体现在对于发电机类型要求高这一方面，如果发电机为柴油发电机，这一滤波器则很难与其实现匹配。

其次，可以通过增加有源滤波器的方式实现降低谐波含量的目的。从其本质上看，有源滤波器属于电流发生器的一种，其工作原理也与电流发生器类似。有源滤波器的应用具有如下优势：首先，使用这一类型的滤波器可以有效的避免谐振问题，对于输电设备运行稳定性的提高具有重要意义。其次，这一类型的滤波器具有较强的适用性。最后，有源滤波器的使用能够实现对复杂的谐波问题的处理，因此具有较高的应用价值。

另外，UPS电源整流采用12脉冲整流器以及IGBT整流器也能够达到降低谐波污染的目的。其中，12脉冲整流器采用了传统的整流器结构，相比6脉冲整流器而言，增加了一个移相变压器以及一组6脉冲整流器，同时，在一个周期内，共包括12个晶闸管顺序导通，通过12脉冲整流器加输入滤波器的方式，能够达到解决谐波污染的作用。相对而言，IGBT整流器主要采用脉宽调制的方式，将载波频率提高到了8300Hz，与12脉冲整流器相比，其性能得到了一定程度的改善，实验显示，其电流波形均为正弦波，可见其很好的降低了对电网的污染。

在上述几种方法中，前两种方法以及12脉冲整流器的应用均本着先污染后治理的理念实现对谐波的治理，而IGBT整流器的应用本身便能够达到降低谐波污染的效果，因此，将其应用到UPS电源中十分必要。

3输出有功功率的计算问题

一般情况下，在UPS电源的使用过程中，其负载功率因数通常为0.8，各大厂商在生产UPS电源时，也会以这一参数为标准来确定其功率，但在实际使用过程中，上述功率往往不会保持不变。在负载功率因数产生变化时，UPS电源的输出有功功率便会发生变化，此时，在对其进行计算的过程中，可以参考相应的折算关系来实现。总的来说，UPS电源的输出有功功率体现的是电源本身与负载之间的关系，对输出功率进行计算能够使上述两者之间的关系得以有效的体现，同时也能够有效的了解电源的实际输出能力，这对于UPS电源功能的发挥具有重要价值，同时对于电子信息系统机房各项设备的正常运行也能够起到保证的作用。

结论：

综上所述，UPS电源在运行过程中发生谐波问题，为解决上述问题，可以将无源谐波滤波器以及有源滤波器应用到电源的运行过程中，并且，选择合适的UPS电源整流方式，也可以降低谐波污染。除此之外，还要针对不同的负载率，对电源输出有功功率进行计算，这样才能对电源的性能实现及时的了解与控制，从而提高电源质量。

参考文献：

[1]钟景华.UPS电源输入电流谐波和输出有功功率问题探讨[J].电气应用，2011，03：18-20.

[2]李成章.谐波电流的污染对供电电源和电子信息设备的影响及治理方案（3）[J].电源世界，2007，06：15-24.

[3]李芬，邹旭东，王成智，陈伟.基于双PWM变换器的交流电子负载研究[J].高电压技术，2008，05：930-934.

[4]李芬，邹旭东，张杰，王成智，陈伟.基于复合控制的交流电子负载研究[J].电气传动，2008，10：47-50.

[5]李勋，戴珂，杨荫福，陈坚.双变流器串-并联补偿式UPS控制策略研究[J].中国电机工程学报，2003，10：104-108.