大功率UPS输入谐波电流抑制的四种方案分析和比较

中心议题：

• 大功率UPS输入谐波电流抑制的方案比较

解决方案：

• 采用6脉冲UPS+有源谐波滤波器
• 采用6脉冲UPS+5次谐波滤波器
• 采用移相变压器+6脉冲整流器的假12脉冲方案
• 采用12脉冲UPS+11次谐波滤波器

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。
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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

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。