IDC机房谐波的治理与远程监控

摘要：诸多谐波污染源存在于IDC机房，谐波有着怎样的危害，怎样对谐波进行治理，且与常用谐波治理方式做比较，阐述了有源滤波器的特点与优势。借助有线或者无线物联技术，可达成对不同IDC机房谐波治理的远程监管，实时知晓IDC机房的电能质量状况。

关键词：IDC机房；UPS不间断电源；谐波危害；谐波治理与远程监控

一、概述

专为网络数据的存储、处理以及传输而设计的数据中心，是IDC（Internet Data Center）机房，它一般由一系列的服务器、存储设备、网络设备、电力设备、空调设备等构成，可为企业、组织、政府等客户供给网络托管、云计算、数据存储等服务。

以下是改写后的句子： IDC机房有着主要功能，那便是提供可靠且高效还安全的数据存储以及传输服务。在IDC机房当中，数据被存于服务器跟存储设备里，经由网络设备予以传输。此些设备得不间断运行，以此保障数据的可靠性与安全性。为确保设备稳定运行，IDC机房一般采用多层次的备份以及容灾措施，从而保证数据不会因设备故障或者其他缘由而丢失或者泄露。

保障机房用电可靠性的关键设备之中少不了UPS不间断电源，机房低压配电系统的主要负载里还有开关电源、变频空调等，这些设备在确保机房数据安全以及运营这件事上发挥着作用，可其自身却会往电网里注入大量谐波，进而对系统线路形成谐波干扰 。

研究课题是，当今IDC机房建设及运营环节里，如何对机房设备所出现的谐波予以有效治理，还要对各IDC机房的电能质量实施实时的监管 。

二、IDC机房产生谐波的负载设备

配电系统里，谐波产生的根本缘由在于非线性负载。电流流淌经过负载时，和所施加的电压并非呈线性关联关系，如此便构成非正弦电流，这就意味着电路当中有谐波产生。谐波电流数值以及电源内阻越大，谐波致使的电压波形失真程度就越大，造成的危害也就越大。

在IDC机房里，大量运用着UPS不间断电源、开关电源以及变频空调等非线性设备，这些设备于工作进程中，会产生数量众多的谐波电流，这会给数据中心的配电系统带来极为严重的谐波污染，谐波含量要是过高，其不仅会对数据中心配电系统的安全运行产生影响，而且还会致使数据中心设备出现不稳定状况，甚至造成设备发生故障。不同厂家所生产的设备，其产生谐波电流的含量存在着较大的差异，然而普遍都是偏高的值，THDI（电流总谐波畸变率）甚至已然超过了50% 。该设备，5次谐波严重，7次谐波亦严重，11次谐波同样严重，有时，也含有份量较大的3次谐波，并且，这些谐波源设备的位移功率因数，极高 。

基于 IDC 机房存在大量用电负载这一状况 ，所选用的 UPS 不间断电源一般是中大型功率的三相 UPS 。其整流电路常常运用晶闸管相控整流电路 ，常见的整流电路包含三相全桥 6 脉冲整流电路以及六相全桥 12 脉冲整流电路等 。

就6脉冲全波整流滤波型的非线性负载来讲，在其有可能向输入电源反馈的诸多电流谐波中间，仅仅含有6n±1（n为正整数）的电流谐波分量，它不存在3次谐波以及3次谐波奇数倍的电流谐波分量，5次谐波属于其最大电流谐波分量。其他的各类高次谐波电流的幅值是随着电流谐波的频谱次数n的增大而降低的。换句话讲，n次电流谐波的频率越高，其幅值就越小。

三、IDC机房谐波电流的危害

1、对机房各类电子设备的干扰

讯息、数据、通信、监控系统的运作电压和信号统归弱电系统范畴，极易遭受谐波干扰，进而致使系统死机，引发控制失常，出现停机状况，严重情形下会导致实时数据丢失。

2、导致意外跳闸

因谐波产生干扰，致使高、低压配电设备的进线断路器容易出现掉闸情况，进而导致整个系统停电，无法正常工作。即处于电路负荷远未达到额定负荷的状态时，电路保护装置便会启动动作。即便存在备用电源UPS，然而受谐波的影响，UPS无法满足工作所需，从而造成损失 。

3、导致配电系统电缆发热

当谐波电流流经电缆之际，会致使电缆出现过热的情况。而导体一旦过热，就会造成电缆提前老化，甚至引发火灾危险。

4、导致变压器过热

谐波电流流过变压器之际，会致使变压器发出额外热量，使得变压器在尚未达到额定功率之时，就呈现出温度过高的状况，进而导致变压器的实际容量下降，而过高的温度会缩短变压器的寿命 。

5、导致变无功补偿装置损坏

电力电容器具有容性阻抗特性，其阻抗还有和频率成反比的特性，这致使电容器易于吸收谐波电流，进而引发过载发热，又因电容器发热，使得绝缘击穿情况出现，导致电容炸裂的故障数量增多。

在电力系统里的感性元件，以及与电容器，它们是能够形成谐振电路的，一旦该谐振回路的频率，跟系统中某次谐波分量的频率相等，或者是接近，那么就会产生谐振现象，进而同样造成过电压情况，以及过热情况。

6、三次谐波的危害

数据机房内部，非线性负载会生成大量的3次谐波，3次谐波归属于零序谐波，零序谐波有个显著特点是相位保持一致，这致使三相的零序谐波会同被叠加到N线上，进而让N线上的电流大幅超越N线的载流量，最终出现过热融化的情况，引发火灾。

7、对测量仪表的影响

若施加到各类测量仪表上的电压波形不是正弦波，且电流波形也不是正弦波，这会致使工作磁通的波形转变为非正弦波，任何非正弦波都能够被分解成一系列的高次谐波，同频的高次谐波磁通之间会相互产生作用，进而引发附加力矩，所以会引起附加误差，甚至会造成计量方面的混乱。

四、谐波治理技术与方案

（一）谐波治理的技术

谐波治理措施主要存在三种情况，其一为主动治理，这是从谐波源自身着手，经改进用电设备，达成使其不产生或者少产生谐波的目的；其二是受端治理，也就是针对受到谐波影响的设备或系统，提升它们抗谐波干扰的能力；其三是被动治理，借助安装电力滤波器，实现阻止谐波源所产生的谐波注入电网，或者阻止电力系统的谐波流向负载端的效果。

有源滤波器跟无源滤波器比较起来，具备高度可控制的特性，能够跟踪补偿各个次谐波，能自动产生所需变化着的无功功率，它可以独立于电网阻抗以及系统阻抗之外，不会受到电网阻抗和系统阻抗变化带来的影响，不存在谐波放大的危险，而且相对体积重量较小，有着这样一些突出优点。综上所述，在通信供电系统当中，应该在电路解谐的基础之上，首先考虑采用有源滤波器来进行治理。

（二）UPS谐波治理方案

1、概述

依据按照哪里产生谐波，就在哪里治理这样的原则，进行就地治理，能够获取较好的治理效果，可挑选于UPS回路的输入端，加装有源滤波器，治理位置见下图 。

有源滤波器系统主要由两大部分构成，其一为指令电流检测电路，其二为补偿电流发生电路。指令电流检测电路，其功能主要是于负载电流里分离出谐波电流分量以及基波无功电流，接着将其反极性作用之后发出补偿电流的指令信号。电流跟踪控制电路，其功能是依据主电路产生的补偿电流，计算出主电路各开关器件的触发脉冲，此脉冲经驱动电路之后作用于主电路。如此一来，电源电流之中仅含有基波的有功分量，进而达成消除谐波的目的。基于相同的原理，电力有源滤波器能够针对不对称三相电路里的负序电流分量展开补偿。

2、有源滤波器远程监控运行控制方式

（1）手动控制：滤波器的启停由“启动/停止”触摸按钮控制。

（2）自动运行：滤波器上电自检通过后，自动启动。

（3）远程遥控：通过接点信号控制设备运行。

设备的启停控制以及运行状态监控，可借助RS232/RS485接口，或者TCP/IP网络接口，又或者无线网关来达成，这便是通信遥控所涵盖的内容。

五、谐波治理的远程监管

要达成对现场参数的有效且实时的监控，还要对有源滤波器予以可靠的远端监测以及控制，借助加装数据转换模块以及无线网关，来对有源滤波器进行系统的组网，这种组网模式能够把各台有源滤波器里的运行数据予以显示以及数据物联，让管理人员对于各IDC机房的电力系统各类参数的观测变得简单且高效，数据转换模块的DSP处理器承担着对有源滤波器的电力参数的采样以及调节工作，并且依据需求，实时把系统运行参数传送给HX模块。

HX模块于整个数据传输里担当着中转站的角色，现场操作人员借助HX模块输入的数据能够径直经由RS - 485总线传送给DSP，并且DSP能够把数据回送给HX模块以显现在液晶屏上；对于远端的终端操作人员来讲，终端发送的命令以及数据，得先经由终端一侧的RS - 485总线传输至HX模块的串口1；HX模块接着把该数据通过串口0转发到DSP，而DSP回送的数据先发送至HX模块的串口0，随后HX模块再通过串口1发送给上位机终端。存在两个彼此独立的串口，若当中任何一个串口所接收到的数据包出现错误，那么该包会被自动丢弃。不会把已损坏的数据包经由另外一个串口去进行发送，如此也就确保了数据传输这边的可靠性。

（1）远程监控示意图：

（2）通信硬件连接：

有源滤波器借助设备的人机界面同远程上位机展开通信，触摸屏运用以嵌入式低功耗CPU作为核心的高性能嵌入式一体化工控机，其物理接口包含RS232/RS485接口、USB数据接口、TCP/IP网络接口，能够满足不一样连接方式的需求。

运用主从通信方式，上位机充当主机，有源滤波器作为从机，在借助RS232/RS485接口开展监控之际，通讯协议是ModbusRTU协议，达成主机与有源滤波器的通讯连接。

若是采用以太网接线来进行通讯，只要分配给有源滤波器设备相关的IP地址，还有子网掩码，以及默认网关等参数，便能够可达成网络传输，进而开展远程的数据传输以及监控 。

六、总结

由诸多实际案例能够知道，在IDC机房负载的那一侧，加装有源滤波器APF，这样就可以非常有效地消除UPS不间断电源、开关电源、变频空调等非线性负载所产生出来的谐波。

凭借有线或者无线组网通信技术，设定远程通信监控模式，极大程度地便利了系统管理人员，针对不同IDC机房系统的电能质量状况进行监控以及管理，具备良好的应用成效。