电力系统中的谐波问题及其解决方法

补偿及减小谐波的解决方案

　　虽然限制产生谐波电流的标准正在考虑之中，今天的谐波控制主要依赖于补救方法。补偿或减小电力系统谐波可以采取多种手段，其效果和效率各不相同。

　　增大中性线配线规格

　　现代设施中，中性线的配线容量规格常常要求与电力配线相同或更大——尽管电力规范允许减小其规格。支持多台个人电脑(比如呼叫中心)的设计应规定中性线配线超过相线规格1.73倍。对办公室隔间里的配线尤其要多加注意。需要指出的是，这种方法可以保护建筑物配线，但不能保护变压器。

　　使用单独的中性导线

　　在三相分支电路上，要单独为每根相线导线敷设中性导线，取代多线分支电路共用一条中性导线的做法。这样可以增大分支电路处理谐波负载的容量和能力。这种方法可以有效抑制分支电路中性线上谐波增大，但配电板中性母线和馈电中性导线仍须考虑。

　　使用不会受谐波影响的直流电源

　　在典型数据中心里，配电系统通过一台变压器把480V交流市电转换为对服务器机架馈电的208V交流电。每台服务器中的一个或几个电源再把该交流电转换为供服务器内部组件使用的直流电压。

　　这些内部电源能效不高，它们产生大量热，增加了房间的空调系统的工作量以及运转成本。热耗散也限制了一个数据中心里能容纳的服务器数量。选择使用直流电来消除这一环节是值得的。

　　根据《能源与电力管理》杂质中一篇文章的说法，“配备直流电源而非交流电源的计算机和服务器产生的热量下降20%~40%，功耗降低30%，提高了服务器的可靠性和安装灵活性，也减少了维护需求。”

　　听起来不错，但综合考虑成本、兼容性、可靠性和效率时，弃交流电不用而选择直流电对多数数据中心来说并不可行。交流电——尽管其效率略低——但对现有设备是普遍可以接受的。

　　此外，目前尚无针对数据中心高电压点的保险商实验室(UL)安全标准，而针对交流系统的标准则十分成熟。这意味着安全风险胜过了直流电的潜在效益，至少目前是这样。

　　在配电元件中使用K级变压器

　　标准变压器不是针对非线性负载产生的高谐波电流而设计的。当连接这些负载时会过热并过早发生故障。当谐波开始以具有有害影响的程度引入电气系统中时(circa 1980)，该行业的应对措施是开发了K级变压器。K级变压器不是用于消除谐波，而是用于处理谐波电流产生的热量。

　　K系数额定值范围在1到50之间。针对线性负载设计的标准变压器K系数为1。K系数越高，变压器能够承受谐波电流产生的热量越多。选择正确的K系数非常关键，因为它对成本、效率和安全性都有影响。

　　K系数较高的变压器一般比K系数较低的变压器更大，因此要根据数据中心的谐波曲线选择合理的K系数，从而在尺寸、效率和耐热能力之间取得最佳平衡。

　　带K-13级变压器(和大尺寸中性线)的配电单元(PDU)可以有效地处理谐波电力。带K20级变压器的配电单元很常见，但对于多数现代数据中心来说过大。

　　使用谐波减缓式变压器