什么是谐波？
电力系统中的谐波是指电力信号中不期望的失真，它破坏了正常情况下平滑的正弦波电流波形。谐波由非线性负载产生——即那些非均匀地吸取电流、而非以干净正弦波形式吸取电流的设备。非线性负载的常见例子包括变频驱动器（VFD）、开关电源和LED照明。系统中存在的总失真水平用一个称为总谐波失真（THD）的单一数字来表示。
谐波的影响
谐波电流流经整个电气基础设施，在系统的每个层面都造成问题。最直接的影响是过热。当存在谐波电流时，变压器、导线和布线都会比设计温度更高地运行，加速绝缘老化并缩短设备寿命。
除了发热之外，电流谐波失真（THID）会使连接到系统的所有设备的电源变得不稳定。这可能导致保护装置意外跳闸，干扰敏感的IT负载，并使冷却系统运行不稳定或性能下降。在数据中心环境中，冷却和电力是相互依存的，一个环节的故障会迅速影响另一个环节。气流减少导致热节流；热节流导致性能下降；如果不加以控制，结果就是计划外停机。此外，在某些情况下，谐波干扰可能扩展到数据中心本身之外，影响到连接到同一电气基础设施的邻近设施。
数据中心谐波来源
通过使用非线性负载实现的效率提升推动了它们的广泛采用。然而，非线性负载也是谐波产生的重要来源。
当我们考虑数据中心设计时，我们通常考虑两个“空间”：
灰色空间——即数据大厅之外的任何区域，包括对数据中心运行至关重要的系统，如冷水机组、冷却塔和大型水泵。这些设备在维持数据中心的温度和湿度方面发挥着重要作用，并且它们通常依赖VFD和电换向（EC）风扇来实现高效运行和精确控制。虽然VFD和EC风扇有助于降低整体能耗，但它们也会向电力系统引入电力谐波。
白色空间——通常指数据大厅——即数据中心的核心。数据大厅容纳数据中心的核心IT基础设施，包括服务器、存储系统、网络设备和配电组件。
这些空间内的冷却通常通过以下两种方式之一进行：
风冷——使用机房空调（CRAC）和机房空气处理机组（CRAH）。
液冷——使用冷却分配单元（CDU）。
无论采用风冷还是液冷，冷却单元都依赖风扇、水泵、压缩机和电子控制，其中许多使用VFD、EC风扇或其他非线性负载。所有这些设备都可能向系统引入谐波和电噪声。
确保整个数据中心的清洁、稳定电力对于维持连续运行和防止设施停机至关重要。
谐波抑制解决方案：有源谐波滤波器
有源谐波滤波器测量系统谐波并进行增量调整以产生反谐波来抵消它们。有源谐波滤波器应安装在与其所校正的非线性负载相同的电压源上。与有源谐波滤波器一起，电流互感器（CT）放置在上游以测量需要校正的电流。
为了抑制上述白色空间和灰色空间中的谐波，有源谐波滤波器有几种常见的安装点：
在系统层面——开关柜实施（图1），在UPS输出端用于CDU（图2），在设备层面——冷水机组实施（图3）
如何选型
有源谐波滤波器根据所需的校正电流来选型。校正电流可以使用两个值来估算，即负载电流（IL）乘以电流谐波失真（THID）。对每个非线性负载完成此计算，并求和以确定总校正电流。
典型的非线性负载THID值约为30-40%。此范围可用于帮助估算谐波滤波器需求。
电能质量不是可选的
如果没有有效的电能质量管理，谐波失真可能损害数据中心的性能、效率和可靠性。在整个设施中集成有源谐波滤波器等解决方案有助于维持设备正常冷却、更清洁的电力以及一致的运行性能。
在今天始终在线的数字经济中，电能质量不是可选的，它是基础性的！
关于作者：Rick Hombsch，工程总监，领导MTE的电气和机械工程团队，在该组织拥有超过十年的经验。
（素材来自：MTE 全球储能网、新能源网综合）
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