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2.4 对12脉冲含有输入隔离变压器和输入滤波器UPS的谐波分析

D晶牌UPS采用12脉冲晶闸管全桥整流电路，两个整流器与输入端均隔离，原边为三角形连接、副边整流器A采用三角形连接，整流器B采用星形连接，该UPS装有智能化的输入滤波器，可根据负载量决定是否投入使用部分滤波电容，对于采用12脉冲整流方式的UPS来说，输入电流的谐波主要以11次、 13次为主，故该UPS滤波器设计即针对11次和13次谐波进行吸收，由电能质量分析图(见图4)可知:对于11次、13次谐波的滤波效果非常好，11 次、13次谐波含量仅为0.3%和0.4%，而总电流谐波畸变也在5.2%以内，电流呈现出较好的正弦波形且输入功率因数高达0.94。D品牌UPS采用的智能化输入滤波器能有效地净化来自市电电网的脉冲、浪涌电压、尖峰电压、高频电磁干扰等可能对UPS造成的危害，同时也可以减小由整流器所形成的电流谐波对市电电网的谐波污染，并且提高了输入功率因数。

2.5 对脉宽调制整流无输入隔离变压器和输入滤波器UPS的谐波分析

脉冲整流器是一种以脉宽调制(PWM)方式工作的整流器，与相控整流器相比具有功率因数高、谐波含量低、交流侧电流接近于正弦，以及整流器动态响应快的优点，国家气象信息中心12OkVAE品牌UPS即为采用IGBT的PWM整流工作方式的UPS，从电能质量分析图中(见图5)可以得出:在负载率为62.2%的情况下，其输入电流总谐波畸变在10.9%以内，以5次谐渡和7次谐波为主，电流波形较接近正弦波，但并不光滑，功率因数很高 (0.94)，符合PWM整流的特点。但是，经过分析比较可知:PWM整流产生的总谐波畸变大于12脉冲相控整流，与传统的观点认为PWM整流谐波含量最低的特点略有差别。

2.6 对6脉冲含有有源+无源输入滤波器UPS的谐波分析

300kVAA品牌UPS采用6脉冲整流，无输入隔离变压器，配置了有源滤波器和无源滤波器的混、合滤波器(THM)作为抑制谐波的措施，有源滤波器的基本原理是:通过检测补偿对象的电流i1，经补偿电流检算电路计算出补偿电流的指令信号ic*，该信号作为补偿电流参考值经补偿电流发生电路得到补偿电流实际值ic，补偿电流与负载电流中要补偿的谐波及无功电流抵消(ic=ih)，最终得到期望的电源电流(is=if)。300kVAA品牌UPS 采用了混合滤波器(THM)，当谐渡含量较大时，有源滤波自动投入，当谐波含量较小时，采用LC无源滤波。图6和7分别为混合滤波器的原理示意图和 300kVAA品牌UPS的THM示意图，图8和9分别为在混合滤波器THM后端和前端检测到的电能质量分析图，将两图分析比较可知:在混合滤波器后端测量的效果等同于直接测量6脉冲SCR整流器产生的谐波，观察其波形发现它与250kVAA品牌UPS输入波形极其类似。另外，其总输入谐波电流畸变很大，最高的一相达到47.6%，尤以5次谐波为主(43.6%)，7次谐波次之(17.2%)且输入功率因数很低，仅为0.77。对比混合滤波器前端的检测数据可知:输入电流波形呈现光滑完好的正弦波，输入总谐波畸变在4.4%以内，3次谐波含量相比略大(3.6%)，其余各次谐波含量都很小。有源滤波器对谐波的抑制过程可以理解为:由有源滤波器产生以下这种波形的电流，即整流器所需波形的电流减去电网波形电流，总而言之，由有源滤波器提供谐波电流，而非电网提供。但是，由于有源滤波器自身无法产生任何电能，必须以消耗电网电能的方式来进行谐波补偿，所以，有源滤波与UPS配合使用时具有效率不高的缺点。

3 比较和总结

整流、滤波方式输入总谐波畸变输入功率因数优点缺点

6脉冲SCR整流很大较低谐波畸变严重

12脉冲SCR整流+30°移相变压器+11次谐波滤波器较小高谐波抑制效果较好移相变压器谐波抑制效果不如输入隔离变压器

12脉冲SCR整流+输入隔离变压器+11次谐波滤波器+13次谐波滤波器很小最高(1) 输入总谐波畸变很低(2) 功率因数较高(3) 可靠性高、技术成熟(4) 相对成本低体积较大

IGBT PWM整流小较低(1) 对谐波有一定的抑制效果(2) 功率因数较高(仅限负载率较高的情况)目前无法生产高功率IGBT整流器

6脉冲SCR整流+混合滤波器最小较低谐波抑制效果很好，输入总谐波畸变很低(1) 存在误补偿问题(2) 可靠性不高(3) 系统效率低(4) 成本高

对于类似国家气象信息中心这样以大型计算机机房为主要负载的场地环境来说，选用12脉冲晶闸管(SCR)整流方式，配合以11、13次谐波滤波器或者IGBTPWM整流方式以及6脉冲SCR整流配以混合滤波器的三种形式均可对谐波具有较好的抑制效果但若负载效率较低，则可排除IGBTPWM整流方式，因其在负载率较低的情况下，功率因数也较低。信息中心的计算机房负载量很大且必须考虑能耗问题，故综合诸多因素，12脉冲晶闸管(SCR)整流方式，配合11、13次谐波滤波器的形式在目前较有合适，在谐波的抑制、功率因数的提高方面均有一定的优势。

关键词： 质量 电能 滤波 整流 UPS