1 背景介紹
電能質(zhì)量(Power Quality)，從嚴格意思上講，衡量電能質(zhì)量的主要指標有電壓、頻率和波形。從普遍意義上講是指優(yōu)質(zhì)供電，包括電壓質(zhì)量、電流質(zhì)量、供電質(zhì)量和用電質(zhì)量。其可以定義為：導致用電設備故障或不能正常工作的電壓、電流或頻率的偏差，其內(nèi)容包括頻率偏差、電壓偏差、電壓波動與閃變、三相不平衡、瞬時或暫態(tài)過電壓、波形畸變(諧波)、電壓暫降、中斷、暫升以及供電連續(xù)性等。
在通信機房中，開關電源和UPS已成為機房內(nèi)不可或缺的設備，可以向負載提供穩(wěn)壓精度高、穩(wěn)頻、波形失真小的高質(zhì)量電能，并且在靜態(tài)旁路切換時可以做到供電無間斷。但是，由于開關電源和UPS均為非線性負載，它們在保證輸出高精度電能的同時其本身又會在輸入端產(chǎn)生大量諧波電流，對電網(wǎng)造成嚴重的諧波污染，也影響機房中其他敏感設備，使通信系統(tǒng)的變壓器、電纜、母排等設備的運行損耗增大，也對柴油發(fā)電機組、變壓器、電力電纜、電力電子設備、低壓電容等設備產(chǎn)生危害，降低了配電系統(tǒng)的安全性、可靠性。因此，通信機房必然面臨諧波治理問題。
通信電源系統(tǒng)中的主要諧波源：非線性負荷。
(1)UPS諧波源
三相供電6脈沖橋式可控硅整流器的UPS電源，沒有3次諧波，5次、7次諧波顯著，三相12脈沖可控硅整流器時，11次、13次諧波最為顯著，而單相供電的UPS電源則以3次諧波為主。
對大功率UPS來說，如果UPS整流裝置為三相全控橋6脈整流器，由整流裝置產(chǎn)生的諧波占所有諧波的近25%～33%。
當UPS在不同的負載程度時，即在不同的工作相角時，其諧波的比例是不一樣的。一般負荷較小時，諧波較大;隨著負荷率的上升，諧波電流也增大，但由于基波的增大(分母變大)，諧波電流的比例會下降。
(2)開關電源
開關電源諧波含量較高的主要原因是由于在開關電源中采用了電容濾波型橋式整流電路，致使輸入電流波形產(chǎn)生畸變。
開關電源在向通信設備提供穩(wěn)定可靠的48V電源的同時，也對交流電源側(cè)產(chǎn)生嚴重諧波污染，開關電源諧波電流主要為5次、7次。
(3)計算機設備
電路中的開關器件(二極管、三極管)及感性負載工作于高頻開關狀態(tài)而產(chǎn)生尖峰脈沖;機算機設備產(chǎn)生3次、5次和7次諧波為主的諧波。
(4)無功補償柜：屬于電容裝置，發(fā)電機、UPS電源設備、開關電源設備等為電感設備。電感和電容的組合，可能構成共振回路，在共振頻率處產(chǎn)生大環(huán)流，當無功補償電容柜投入運行后會引發(fā)共振并放大各次諧波。
由此看來，電能質(zhì)量的含義及范圍頗廣，但是在通訊行業(yè)里面，最主要的還是諧波以及功率因數(shù)低等問題，大量的UPS以及開關電源，是主要的諧波源，是導致該行業(yè)電能質(zhì)量差的主要因素，從而又間接影響FC的正常工作，本文將重點從諧波及無功的角度來分析通訊行業(yè)的電能治理問題。
2 如何提高通訊行業(yè)電能質(zhì)量
2.1 濾除諧波的手段
隨著時間的發(fā)展，從上世紀80年代至今，諧波以及諧波的危害已經(jīng)越來越被大家所熟悉。諧波使電能的生產(chǎn)、傳輸和利用的效率降低，使電氣裝備過熱、產(chǎn)生振動和噪聲，并使絕緣老化，使用壽命縮短，甚至發(fā)生故障或燒毀。諧波可引起電力系統(tǒng)局部并聯(lián)諧振或串聯(lián)諧振，使諧波含量放大，造成電容器等設備燒毀。諧波還會引起繼電保護和自動裝置誤動作，使電能計量出現(xiàn)混亂。對于電力系統(tǒng)外部，諧波對通信設備和電子設備會產(chǎn)生嚴重干擾。
目前，通訊行業(yè)主要采用有源電力濾波的方式，與無源濾波器相比，有源電力濾波器具有高度可控性和快速響應性，不僅能補償各次諧波，還可抑制閃變、補償無功，有一機多能的特點，其具體特點如下：
(1)濾波特性不受系統(tǒng)阻抗的影響，可消除與系統(tǒng)阻抗發(fā)生諧振的危險;
(2)具有自適應功能，可自動跟蹤補償變化著的諧波。
(3)盡管有源電力濾波器有著無源濾波器所不具備的巨大技術優(yōu)勢，但目前要想在電力系統(tǒng)中完全取代無源濾波器還不太現(xiàn)實。這是因為與無源濾波器相比較，有源電力濾波器的成本較高，這一點是限制其推廣使用的關鍵。
有源電力濾波器分為兩種：并聯(lián)型有源電力濾波器及串聯(lián)型電力濾波器，并聯(lián)型電力濾波器主要解決諧波電流問題;串聯(lián)型電力濾波器主要解決諧波電壓問題。它們的原理基本相同，并聯(lián)型有源濾波器檢測負載電流，通過相應算法計算出其諧波電流，然后發(fā)出與負載諧波電流大小相等、方向相反的電流，與負載諧波電流相互抵消，以達到減小電網(wǎng)側(cè)諧波電流的目的，其工作原理如圖1所示。
2.2 使用有源濾波需要注意的問題
中國的低壓配電系統(tǒng)，不論是不同行業(yè)或者是相同行業(yè)，各有各的特點，通訊行業(yè)采用的UPS及開關電源廠家不同，雖然都產(chǎn)生5次、7次、11次或者13次諧波(6脈整流)，或者產(chǎn)生21次、23次(12脈整流)高次諧波，但是系統(tǒng)的諧波特性有很大的區(qū)別，如果不針對特定的負載采取特殊的手段，使用有源濾波器時，負載側(cè)諧波電流會被放大，有可能對UPS開關電源造成影響，嚴重時會燒毀UPS。某一通訊行業(yè)現(xiàn)場使用有源濾波器后的實時測試數(shù)據(jù)如表1所示。
結論：從實際測試數(shù)據(jù)來看，負載側(cè)畸變率從補償前25.9%升至37.1%，最終的補償后電流畸變率降至3.7%。不論是實際測試還是仿真，波形畸變都會加劇，有源濾波器可能會放大負載側(cè)諧波含量，所以我們建議客戶在使用APF之前進行專業(yè)的電能質(zhì)量測試，或者將負載的相關參數(shù)提供給有經(jīng)驗的有源電力濾波器制造廠家。采取一些特殊的手段，更進一步保障負載設備的用電安全和可靠性，保證最佳的補償效果。
2.3 使用SVG提高功率因數(shù)
SVG最為現(xiàn)在最先進的無功補償裝置，是電力電子高速發(fā)展的產(chǎn)物，具有無源設備無法比擬的優(yōu)越性，使用SVG可以完全不受諧波影響，可以保證功率因數(shù)在0.99左右，補償效果遠遠優(yōu)于無源設備。
于普通無源設備(包括SVC，F(xiàn)C等)相比，有源無功補償設備(SVG)的優(yōu)勢在于：
(1)SVG不會過補也不會欠補，保證供電系統(tǒng)的用電安全;
(2)SVG的實際補償容量和設備容量一致，占地面積不到同容量無源設備的一半;
(3)SVG不會和系統(tǒng)發(fā)生諧振，保證供電系統(tǒng)的用電安全;
(4)SVG正常后期維護費用為零，而無源設備的電容有壽命約束，到一定時間需要更換所有電容，其后期維護費用大;
(5)SVG響應速度更快，全響應時間不到10ms;
(6)SVG本身諧波含量極低。
(7)SVG使用效率高，補償效果優(yōu)于無源設備;
(8)SVG本身損耗極小，遠優(yōu)于無源設備。
無源設備存在著后期維護費用，分級投切容易過補或者欠補，容易和系統(tǒng)發(fā)生諧振，將諧波放大，影響配電系統(tǒng)的供電安全，而SVG可以很好解決這些問題。
SVG設備保證功率因數(shù)可以達到0.99(在設備容量夠的情況下)，保證平均功率因數(shù)可以達到0.97以上，要優(yōu)于無源設備的補償效果。具體對比如表2所示：
2.4 使用T-SVG提高功率因數(shù)
由于SVG高昂的價格讓很多通信用戶望而止步，但是，T-SVG的推出(小容量SVG模塊于普通電容電抗組合使用)，結合了普通無源產(chǎn)品和SVG的優(yōu)點，降低成本的同時，保證了補償效果，是無源產(chǎn)品向SVG過渡的最佳替代品。
