[center]大功率UPS输入谐波电流抑制四种方案比较
Suppression Plans for High Power UPS[/center]
UPS产品部 吴健
UPS Product Department Wu Jian
引言：针对大功率UPS在使用中可能出现的4种输入谐波电流的情况，针对每个情况阐述输入谐波电流抑制的四种方案，并做一比较。
Introduction: This article expounds the four types of input harmonic current suppressions in connection with the four types of input harmonic current that may occur while a high power UPS system is working and then makes a comparison between the four types of suppressions.
关键词：
UPS：直译为不间断电源系统。作为电脑系统，特别是网络中的保护设备，它主要起到两个作用：其一是为电脑系统提供备用电源，目的是防止电网供电突然断电给电脑系统造成损害；其二是消除电网供电上的“污染”（包括浪涌、波动、脉冲、噪声等），使电脑中的电子部件免受摧毁性损坏。
脉动电流：大小随时间变化而方向不变的电流，叫做脉动电流。
Keywords:
UPS: In the literal sense, UPS refers to Uninterruptible Power System. As the protective equipment of the computer system, especially the network, the UPS plays the following two major functions: 1. Providing standby power supply for the computer system to avoid damages caused by sudden power cuts of the power grid. 2. Eliminating the “pollutions” (including surges, fluctuations, impulses and noises) of the power supplied by the power grid to avoid fatal damages to the electronic components of a computer.
Pulsating current: A pulsating current refers to a current that changes in value over time but is always in the same direction.
对大功率UPS来说,如果UPS整流装置为三相全控桥6脉整流器，由整流装置产生的谐波占所有谐波的近25-33%，对电网的危害较大,谐波有可造成配电线缆、变压器发热，降低通话质量，空气开关误动作，发电机喘振等不良后果；谐波按电流相序分为+序（3k+1次，k为0和正整数）、-序（3k+2次，k为0和正整数）、0序（3k次，k为正整数），+序电流使损耗加重，-序电流使电机反转、发热，0序电流使中线电流异常增大。
目前大型UPS输入谐波电流抑制共有4种方案
方案1.采用6脉冲UPS+有源谐波滤波器，输入电流谐波<5％（额定负载），输入功率因数0.95。这种配置，虽然输入指标非常好，但是技术仍不成熟，存在误补偿、过补偿等问题，导致主输入开关误跳闸或损坏等现象；THM有源谐波滤波器技术缺陷为:
a)、存在"误补偿"问题：由于它的补偿响应时间长达40ms以上,存在"误补偿"隐患。当在输入电源上、执行切除/投入操作或在UPS的输入上游侧、作大负载的切除/投入操作时，易产生”误补偿”。轻者，造成UPS的输入谐波电流”突变”。严重时，会导致UPS的输入开关"误跳闸"。
b)、可靠性偏低：对于6脉冲+有源滤波器的UPS來说，由于在它的有源滤波器中、使用IGBT管作为它的整流器和变换器的功率驱动管, 其故障率偏高。相反，对于12脉冲+无源滤波器的UPS來说，在它的滤波器中、使用的是可靠性很高的电感和电容。
c)、降低系统效率,增加运行成本：有源滤波器的系统效率为：93%左右。对于400KVA UPS并机而言，在满载及按33%的输入谐波电流进行补偿的条件下，如果按毎KW*hr= 0.8元付电费的话，在1年內所需支付的运行费用为：
400KVA*0.07/3=9.3KVA; 一年的耗电量为65407KW.Hr, 需要增加的电费开支为：65407X0.8元=5.2万元。
d)、加有源滤波器价格极其昂贵：有源滤波器200KVA UPS的标称输入电流为：303A;
谐波电流估算：0.33*303A=100A,
如要完全补偿到输入谐波电流含量<5%至少需计算补偿电流：100A;
实际配置：一套100A的有源滤波器。按目前每安培1500-2000元报价,总成本增加15万到20万元,对6脉冲200KVA UPS
来说,几乎增加60%-80%成本。
方案2. 采用6脉冲UPS+5次谐波滤波器,如果UPS整流装置为三相全控桥6脉整流器，由整流装置产生的谐波占所有谐波的近25-33%加5次谐波滤波器后减小到10%以下, 输入功率因数0.9,可局部减小谐波电流对电网的危害。这种配置，输入电流谐波仍然偏大，对发电机容量配比要求为1：2以上，并存在导致发电机输出异常升高的隐患；
方案3.采用移相变压器+6脉冲整流器的假12脉冲方案，其组成由2台6脉冲整流器ups拼凑成：
a)一台标准的6脉冲整流器
b)一台移相30度变压器+6脉冲整流器
所构成的假12脉冲整流器UPS。表面看起来满载输入电流谐波为10％,这种配置存在严重单点故障，当一台UPS故障时，系统输入谐波电流急剧增大，严重危害供电系统的安全。主要缺点:
1)．原器件的偷工减料,整整少了一套设备.
2).如果一台UPS的整流器发生故障,就转变为6脉冲的UPS, 谐波含量急剧增大.
3).且对于直流母系线的控制为开环的控制系统.输入均流不可能很好.轻载时的谐波电流依然会很大.
4).系统的扩容会极为困难
5).加装的移相变压器不是原装的产品,和原系统的匹配必然不会太好.
6).占地面积会比较大
7).性能是12-15%,也比不上12脉冲的UPS.
方案4. 采用12脉冲UPS+11次谐波滤波器,如果UPS整流装置为三相全控桥12脉冲整流器，加11次谐波滤波器后减小到4.5%以下,可基本完全消除谐波电流含量对电网的危害,价格相对有源滤波器要便宜得多。
采用12脉冲UPS+11次谐波滤波器，输入电流谐波为4.5％（额定负载），输入功率因数0.95。这种配置，为UPS行业最成熟最可靠的解决方案，对发电机容量要求为1：1.4；
四种方案性价比
结束语：
基于上述分析，在实践中将推荐性能最佳、可靠性最高，且经过长期运行实践证明稳定可靠,性价比最好的12脉冲整流器+11次谐波滤波器的谐波消除方案。
