電力系統中的諧波問題及其解決方法

補償及減小諧波的解決方案

　　雖然限制產生諧波電流的標準正在考慮之中，今天的諧波控制主要依賴于補救方法。補償或減小電力系統諧波可以采取多種手段，其效果和效率各不相同。

　　增大中性線配線規格

　　現代設施中，中性線的配線容量規格常常要求與電力配線相同或更大——盡管電力規范允許減小其規格。支持多臺個人電腦(比如呼叫中心)的設計應規定中性線配線超過相線規格1.73倍。對辦公室隔間里的配線尤其要多加注意。需要指出的是，這種方法可以保護建筑物配線，但不能保護變壓器。

　　使用單獨的中性導線

　　在三相分支電路上，要單獨為每根相線導線敷設中性導線，取代多線分支電路共用一條中性導線的做法。這樣可以增大分支電路處理諧波負載的容量和能力。這種方法可以有效抑制分支電路中性線上諧波增大，但配電板中性母線和饋電中性導線仍須考慮。

　　使用不會受諧波影響的直流電源

　　在典型數據中心里，配電系統通過一臺變壓器把480V交流市電轉換為對服務器機架饋電的208V交流電。每臺服務器中的一個或幾個電源再把該交流電轉換為供服務器內部組件使用的直流電壓。

　　這些內部電源能效不高，它們產生大量熱，增加了房間的空調系統的工作量以及運轉成本。熱耗散也限制了一個數據中心里能容納的服務器數量。選擇使用直流電來消除這一環節是值得的。

　　根據《能源與電力管理》雜質中一篇文章的說法，“配備直流電源而非交流電源的計算機和服務器產生的熱量下降20%~40%，功耗降低30%，提高了服務器的可靠性和安裝靈活性，也減少了維護需求。”

　　聽起來不錯，但綜合考慮成本、兼容性、可靠性和效率時，棄交流電不用而選擇直流電對多數數據中心來說并不可行。交流電——盡管其效率略低——但對現有設備是普遍可以接受的。

　　此外，目前尚無針對數據中心高電壓點的保險商實驗室(UL)安全標準，而針對交流系統的標準則十分成熟。這意味著安全風險勝過了直流電的潛在效益，至少目前是這樣。

　　在配電元件中使用K級變壓器

　　標準變壓器不是針對非線性負載產生的高諧波電流而設計的。當連接這些負載時會過熱并過早發生故障。當諧波開始以具有有害影響的程度引入電氣系統中時(circa 1980)，該行業的應對措施是開發了K級變壓器。K級變壓器不是用于消除諧波，而是用于處理諧波電流產生的熱量。

　　K系數額定值范圍在1到50之間。針對線性負載設計的標準變壓器K系數為1。K系數越高，變壓器能夠承受諧波電流產生的熱量越多。選擇正確的K系數非常關鍵，因為它對成本、效率和安全性都有影響。

　　K系數較高的變壓器一般比K系數較低的變壓器更大，因此要根據數據中心的諧波曲線選擇合理的K系數，從而在尺寸、效率和耐熱能力之間取得最佳平衡。

　　帶K-13級變壓器(和大尺寸中性線)的配電單元(PDU)可以有效地處理諧波電力。帶K20級變壓器的配電單元很常見，但對于多數現代數據中心來說過大。

　　使用諧波減緩式變壓器