Harmonic Mitigation for Data Centers: AHF สําหรับ UPS และ IT Loads

สรุป เครื่องกรองฮาร์มอนิกแบบแอคทีฟสำหรับศูนย์ข้อมูลต้องเป็นไปตามมาตรฐานการยอมรับที่แตกต่างจากยูนิตในโรงงาน: โหลดไม่เคยปิด, สเปกตรัมฮาร์มอนิกเปลี่ยนแปลงตามการใช้งาน IT, และส่วนประกอบทุกชิ้นต้องสามารถบำรุงรักษาได้โดยไม่ขัดจังหวะเส้นทางวิกฤต คู่มือนี้จะอธิบายว่าเรกติไฟเออร์ UPS, แหล่งจ่ายไฟเซิร์ฟเวอร์ และไดรฟ์ระบายความร้อนทำงานร่วมกันอย่างไรเพื่อสร้างสเปกตรัมที่พีคที่โหลดบางส่วน, THDi มีพฤติกรรมอย่างไรในช่วงโหลด IT, และวิธีการกำหนดขนาดและกำหนดค่าตัวกรองด้วยปรัชญา N+1 ครอบคลุมการทำความร้อนของสายกลางแบบสี่สาย, การตรวจสอบ และการบันทึกตามคำสั่งสำหรับการรายงานผู้เช่า, การจัดเตรียมระบบสำรอง, และขั้นตอนการตรวจสอบที่ทำให้ทั้งทีมอำนวยความสะดวกและสาธารณูปโภคพอใจ

อะไรทำให้พฤติกรรมฮาร์มอนิกของศูนย์ข้อมูลแตกต่างออกไป?

ห้องข้อมูลแสดงส่วนผสมของโหลดที่ไม่เหมือนโรงงานอุตสาหกรรมใดๆ เร็กติไฟเออร์ UPS แบบ Double-conversion ดึงกระแสที่บิดเบี้ยวซึ่งสูงที่สุดในแง่ของเปอร์เซ็นต์ที่โหลดบางส่วน, แหล่งจ่ายไฟโหมดสวิตช์ของเซิร์ฟเวอร์ฉีดฮาร์มอนิกสามเท่าเข้าสู่สายกลางในสาขาสัญญาณเดี่ยว, และไดรฟ์โรงงานระบายความร้อนเพิ่มรูปแบบห้าพัลส์ที่เปลี่ยนแปลงช้ากว่าเข้ามา สเปกตรัมรวมเปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่องเมื่อการใช้งาน IT เปลี่ยนแปลง, ดังนั้นตัวกรองที่กำหนดขนาดถูกต้องสำหรับโหลดออกแบบอาจไม่เหมาะสมในเวลาตีสาม

ความแตกต่างประการที่สองคือผลที่ตามมาจากการขัดจังหวะ ในโรงงาน, ความล้มเหลวของตัวกรองทำให้การผลิตหยุดชะงักเป็นเวลาหนึ่งชั่วโมง ในห้องข้อมูล, มันเสี่ยงต่อการหยุดทำงานของผู้เช่าและการลงโทษตามสัญญา นั่นนำไปสู่ข้อกำหนดการออกแบบสามประการ: ตัวกรองต้องสามารถบำรุงรักษาได้ในขณะที่ห้องยังทำงานอยู่, มันต้องล้มเหลวไปยังสถานะที่ปลอดภัยแทนที่จะทำให้บัสลดลง, และความจุของมันต้องวางแผนด้วยระบบสำรองแทนที่จะเป็นการใช้งาน 100 เปอร์เซ็นต์

ความแตกต่างประการที่สามคือการวัด ศูนย์ข้อมูลมีการวัด, บันทึก และรายงาน ผู้เช่าและผู้ตรวจสอบขอหลักฐานคุณภาพไฟฟ้า, และเพิ่มมากขึ้นเรื่อยๆ สำหรับข้อมูลฮาร์มอนิกตามคำสั่ง แทนที่จะเป็นตัวเลข THD เดียว ดังนั้นตัวกรองที่มีการบันทึกและการสื่อสารจึงไม่ใช่ส่วนเสริม: มันกลายเป็นส่วนหนึ่งของห่วงโซ่หลักฐานการปฏิบัติตามข้อกำหนด, ควบคู่ไปกับบันทึกประสิทธิภาพ UPS และการรายงาน PUE

สุดท้าย, โทโพโลยีทางไฟฟ้าทำให้ความเสี่ยงเข้มข้นขึ้น ห้องที่มีความหนาแน่นสูงใช้การกระจายสายบัสที่มีอิมพีแดนซ์น้อยที่สุดระหว่างเอาต์พุต UPS และโหลด IT, ดังนั้นกระแสฮาร์มอนิกจึงแพร่กระจายอย่างรวดเร็วและตัวนำสายกลางจะรับผลรวมสามเท่าจากโหลดสัญญาณเดี่ยวจำนวนมาก การเพิ่มขนาดสายกลางและการชดเชยแบบสี่สายเป็นแนวทางปฏิบัติในการออกแบบปกติ, ไม่ใช่การปรับปรุงเสริม

การเปลี่ยนแปลงสเปกตรัมตลอดช่วงโหลด ที่โหลด IT เต็มที่ เร็กติไฟเออร์ UPS จะมีบทบาทสำคัญและสเปกตรัมจะค่อนข้างดี ที่โหลดต่ำ เร็กติไฟเออร์อาจทำงานในโหมดการนำไฟฟ้าที่แตกต่างกันในขณะที่แหล่งจ่ายไฟเซิร์ฟเวอร์ยังคงดึงฮาร์มอนิกคี่ที่เป็นลักษณะเฉพาะของมัน, ดังนั้นลำดับที่โดดเด่นอาจเปลี่ยนจาก 5 และ 7 เป็น 3, 5 และ 9 ตัวกรองที่กำหนดค่าสำหรับจุดปฏิบัติการหนึ่งอาจทำให้จุดอื่นเสี่ยง, ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมการเลือกคำสั่งที่ตั้งโปรแกรมได้และการตรวจสอบที่ระดับโหลดหลายระดับจึงเป็นสิ่งจำเป็นมากกว่าเป็นทางเลือก

ทำไมการลดฮาร์มอนิกจึงเป็นข้อกำหนดทางการค้าในห้องข้อมูล

1. ปลดปล่อยความจุหม้อแปลงและเครื่องกำเนิดไฟฟ้า กระแสฮาร์มอนิกทำให้ขดลวดหม้อแปลงร้อนและลดความจุที่ใช้งานได้ การลดความผิดเพี้ยนของกระแสช่วยให้หม้อแปลงตัวเดียวกันสามารถรับโหลดจริงได้มากขึ้น, ชะลอการใช้จ่ายเงินทุนสำหรับความจุเพิ่มเติม — ซึ่งมักเป็นข้อโต้แย้งทางการเงินที่ใหญ่ที่สุดเพียงประการเดียวสำหรับการติดตั้งตัวกรอง

2. ควบคุมความร้อนของสายกลางและสายบัส ฮาร์มอนิกสามเท่าจะรวมกันในสายกลาง, และในห้องที่มีความหนาแน่นสูง สายกลางอาจรับกระแสมากกว่าเฟส A AHF สำหรับศูนย์ข้อมูล 100A พร้อมการชดเชยสี่สายจะแก้ไขปัญหานี้โดยตรง, ในขณะที่ยูนิตสามสายจะปล่อยให้ความเสี่ยงไม่ได้รับการแก้ไข

3. ประสิทธิภาพ UPS และอายุแบตเตอรี่ดีขึ้น กระแสอินพุตที่ผิดเพี้ยนเพิ่มการสูญเสียในเร็กติไฟเออร์และเพิ่มอุณหภูมิภายใน กระแสอินพุตที่สะอาดช่วยลดความเครียดจากความร้อนบนตัวเก็บประจุ, ซึ่งเป็นสาเหตุที่พบบ่อยที่สุดของการสิ้นสุดอายุการใช้งานของ UPS

4. การปฏิบัติตามข้อกำหนดสาธารณูปโภคและรหัสกริดสามารถตรวจสอบได้ เมื่อสาธารณูปโภควัดการปล่อยฮาร์มอนิกที่ทางเข้าบริการ, การบันทึกตามคำสั่งจากตัวกรองจะให้หลักฐานที่จำเป็นในการตรวจสอบ, โดยไม่ต้องใช้เครื่องวิเคราะห์ชั่วคราว

5. การรายงานผู้เช่าเป็นที่น่าพอใจ สัญญาร่วมกันอ้างอิงถึงคุณภาพไฟฟ้ามากขึ้นเรื่อยๆ ตัวกรองที่บันทึก THDi, PF และกระแสสายกลางตามเวลาจะเปลี่ยนภาระผูกพันตามสัญญาให้เป็นรายงานประจำ

6. สามารถบรรลุระบบสำรองได้โดยไม่ต้องเพิ่มต้นทุนเป็นสองเท่า เฟรมแบบโมดูลาร์อนุญาตให้มี N+1 ในระดับโมดูล: แร็คสี่โมดูลที่สามโมดูลรับโหลดหมายความว่าโมดูลที่ล้มเหลวจะถูกเปลี่ยนในช่วงเวลาที่กำหนดไว้โดยไม่มีการสูญเสียการชดเชย A APF แบบโมดูลาร์สำหรับติดตั้งบนแร็ค เป็นหน่วยพื้นฐานทั่วไปสำหรับการจัดเตรียมนี้

7. ต้องพิจารณาการทำงานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและ ATS ห้องข้อมูลทำงานด้วยเครื่องกำเนิดไฟฟ้าในช่วงที่สาธารณูปโภคขัดข้อง, และเครื่องกำเนิดไฟฟ้ามีอิมพีแดนซ์แหล่งกำเนิดสูงกว่าแหล่งจ่ายสาธารณูปโภคมาก กระแสฮาร์มอนิกที่ยอมรับได้บนไฟสาธารณูปโภคสามารถสร้างความผิดเพี้ยนของแรงดันไฟฟ้าที่ยอมรับไม่ได้บนเครื่องกำเนิดไฟฟ้า, ทำให้เกิดความไม่เสถียรของอินพุต UPS การเลือกอัตราขยายและคำสั่งของตัวกรองมักต้องการชุดพารามิเตอร์แยกต่างหากสำหรับการทำงานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า, และตรรกะการเปลี่ยนต้องเปิดใช้งานโดยอัตโนมัติ

วิธีระบุและติดตั้ง AHF ในห้องข้อมูล

ขั้นตอนที่ 1 — สำรวจที่ระดับโหลดสามระดับ บันทึกสเปกตรัมที่โหลด IT 30%, 60% และ 90% สเปกตรัมของศูนย์ข้อมูลเปลี่ยนรูปร่างตามการใช้งาน, และการกำหนดขนาดจากการวัดเพียงครั้งเดียวจะทำให้กระแสที่จุดปฏิบัติการอื่นผิดพลาด

ขั้นตอนที่ 2 — กำหนดขนาดตามความต้องการสูงสุดพร้อมส่วนเผื่อ ใช้วิธี RMS เดียวกันกับโครงการอุตสาหกรรมใดๆ, แต่เพิ่มส่วนเผื่อระบบสำรองอย่างชัดเจน: หากต้องการ N+1, ความจุที่ติดตั้งควรตรงตามเป้าหมายโดยมีโมดูลหนึ่งเครื่องอยู่นอกบริการ

ขั้นตอนที่ 3 — เลือกโครงสร้างการติดตั้งล่วงหน้า โมดูลแร็คจะเข้าสู่ห้อง UPS หรือตู้คุณภาพไฟฟ้าเฉพาะ; ตู้ตั้งพื้นเหมาะสำหรับแผงสวิตช์ LV หลัก ยืนยันการเข้าถึงด้านหน้า, การเข้าสายเคเบิล และการไหลเวียนของอากาศก่อนสร้างห้อง, เพราะการติดตั้งระบบระบายความร้อนเพิ่มเติมในห้องข้อมูลที่สร้างเสร็จแล้วจะมีค่าใช้จ่ายสูงกว่าตัวกรองเอง A ตู้ตั้งพื้น 75A เหมาะสำหรับการติดตั้งส่วนกลาง; โมดูลแร็คกระจายได้ดีกว่าตามฟีดสายบัส

ขั้นตอนที่ 4 — กำหนดค่าการเลือกคำสั่งอย่างรอบคอบ การเปิดใช้งานทุกคำสั่งด้วยอัตราขยายที่สูงเป็นข้อผิดพลาดทั่วไปในการทดสอบการใช้งานในห้องที่มีตัวแปลงหลายตัว เริ่มต้นด้วยลำดับที่วัดได้, ตรวจสอบความเสถียรกับลูปควบคุม UPS, จากนั้นขยายช่วงหาก THDi ที่เหลือคุ้มค่า

ขั้นตอนที่ 5 — รวมการตรวจสอบเข้ากับ BMS เปิดเผยกระแส, อุณหภูมิ, สถานะ และการเตือนภัยต่อโมดูลผ่าน RS485 หรือ Ethernet, และยืนยันโปรโตคอลกับผู้รวมระบบ BMS ก่อนการติดตั้ง ตัวกรองที่รายงานเพียงไฟสีเขียวจะไม่มีค่าการปฏิบัติงานในโรงงานที่มีการตรวจสอบ

ขั้นตอนที่ 6 — ตรวจสอบภายใต้โหลดพร้อมรายงานที่จัดทำเอกสาร วัดก่อนและหลังที่โหลด IT เดียวกัน, บันทึกค่าเฟสและสายกลาง, และจัดเก็บการติดตามพร้อมเอกสารการทดสอบการใช้งาน รายงานนี้คือสิ่งที่ทีมอำนวยความสะดวกนำเสนอเมื่อผู้เช่าถามว่าคุณภาพไฟฟ้าเป็นไปตามสัญญาหรือไม่

สำหรับห้องที่มีการสัมผัสกับกำลังไฟรีแอคทีฟด้วย, AHF ที่มีความสามารถในการรีแอคทีฟสามารถรักษาพาวเวอร์แฟกเตอร์ที่อินคอมเมอร์ได้โดยไม่ต้องใช้ตัวเก็บประจุแยกต่างหาก, ขจัดรายการบำรุงรักษาออกจากห้องที่ไม่มีพื้นที่สำหรับมัน เมื่อห้องได้รับพลังงานจากหม้อแปลงหลายตัว, ให้วางการชดเชยต่อหม้อแปลงแทนที่จะเป็นส่วนกลาง, ดังนั้นการขัดข้องของหม้อแปลงจะไม่ทำให้ฟีดเดอร์ที่เหลือไม่ได้รับการชดเชย ช่วง AHF เต็มรูปแบบ ครอบคลุมรูปแบบติดผนัง, แร็ค และตู้, และห้องขนาดเล็กสามารถเริ่มต้นด้วย โมดูล 30A และขยายเมื่อความหนาแน่นเพิ่มขึ้น

การกระจายสายบัสและการชดเชยต่อชั้น ในห้องที่มีความหนาแน่นสูง หม้อแปลงจะป้อนสายบัสไรเซอร์พร้อมกล่องต่อแยกต่อชั้นหรือต่อห้อง การชดเชยที่ไรเซอร์จะถือว่าทั้งอาคารเป็นโหลดเดียว; การชดเชยต่อกล่องต่อแยกจะทำให้กระแสสะอาดที่สุดใกล้กับเซิร์ฟเวอร์และลดการสูญเสียสายบัส การประนีประนอมในทางปฏิบัติคือยูนิตส่วนกลางที่ไรเซอร์สำหรับการบิดเบือนพื้นฐาน บวกกับโมดูลขนาดเล็กที่กล่องต่อแยกที่มีโหลดสูง, โดยยอมรับว่าจุดติดตั้งแต่ละจุดต้องการการจัดเรียง CT และที่อยู่ของตัวเองบนบัสการตรวจสอบ

ข้อผิดพลาดทั่วไปในโครงการห้องข้อมูล สี่ประการปรากฏซ้ำๆ: การกำหนดขนาดจากการสำรวจการทดสอบการใช้งานที่โหลด 20 เปอร์เซ็นต์; การติดตั้งตัวกรองสามสายเพราะเอาต์พุต UPS เป็นสามสายในขณะที่การกระจาย IT เป็นสี่สาย; การตั้งค่าอัตราขยายในการทดสอบการใช้งานที่สูงเกินไปและทำให้เสถียรภาพของอินพุต UPS ลดลง; และการละเว้นตัวกรองจากรายการรวมระบบ BMS, ดังนั้นทีมปฏิบัติการจึงไม่เห็นการเตือนภัยของมัน แต่ละรายการมีราคาถูกในการป้องกันในขั้นตอนการออกแบบและมีค่าใช้จ่ายสูงในการแก้ไขในห้องที่ใช้งานอยู่

ประเมินหม้อแปลงก่อนตัวกรอง ความร้อนจากฮาร์มอนิกทำให้หม้อแปลงลดระดับลงตามปัจจัยที่ขึ้นอยู่กับส่วนประกอบการสูญเสียกระแสไหลวน, ไม่ใช่แค่ THDi สองห้องที่มีตัวกรองเหมือนกันและ THDi เหมือนกันสามารถมีอุณหภูมิขดลวดที่แตกต่างกันมาก หากหม้อแปลงตัวหนึ่งถูกระบุด้วย K-rating และอีกตัวไม่ได้ระบุ เมื่อหม้อแปลงที่มีอยู่ไม่มีพิกัดฮาร์มอนิก, ตัวกรองอาจต้องชดเชยลึกกว่าที่เป้าหมายการปฏิบัติตามข้อกำหนดกำหนด, เพียงเพื่อให้ขดลวดอยู่ในคลาสฉนวนของมันในช่วงโหลดฤดูร้อนสูงสุด

วางแผนหน้าต่างทดสอบการใช้งานในระยะการออกแบบ แม้แต่โมดูลแบบ Hot-swappable ก็ต้องการการจ่ายไฟเริ่มต้น, และการจ่ายไฟต้องการหน้าต่างสั้นๆ ที่ต้องแยกฟีดเดอร์ออก ในห้องที่ใช้งานอยู่ หน้าต่างนั้นจะถูกเจรจาล่วงหน้าหลายเดือน การจัดทำเอกสารเป็นส่วนหนึ่งของโปรแกรมการออกแบบจะหลีกเลี่ยงสถานการณ์ที่คุ้นเคยซึ่งตัวกรองที่สร้างเสร็จแล้วยังคงอยู่ในกล่องเพราะไม่สามารถจัดหาช่วงเวลาหยุดทำงานได้, ในขณะที่กำหนดเวลาการปฏิบัติตามข้อกำหนดของสาธารณูปโภคใกล้เข้ามา

การจัดทำเอกสารพื้นฐาน เก็บการสำรวจก่อนการติดตั้งเป็นเอกสารควบคุมพร้อมคลาสเครื่องมือ, วันที่สอบเทียบ, จุดวัด และเปอร์เซ็นต์โหลด IT เมื่อสาธารณูปโภคหรือผู้เช่าท้าทายผลลัพธ์สิบแปดเดือนต่อมา, เอกสารนั้นบวกกับรายงานการทดสอบการใช้งานคือห่วงโซ่หลักฐานทั้งหมด หากไม่มีสิ่งนี้, บันทึกของตัวกรองเองจะแสดงการปรับปรุง แต่ไม่สามารถพิสูจน์เงื่อนไขเริ่มต้นได้, และข้อโต้แย้งจะกลายเป็นเรื่องของความน่าเชื่อถือมากกว่าการวัด

คำถามที่พบบ่อย

ทำไม THDi จึงสูงขึ้นเมื่อห้องข้อมูลมีโหลดเบา?

THDi คืออัตราส่วนของกระแสฮาร์มอนิกต่อกระแสพื้นฐาน ที่โหลด IT เบา กระแสพื้นฐานจะลดลงเร็วกว่าเนื้อหาฮาร์มอนิกจาก UPS และแหล่งจ่ายไฟ, ดังนั้นเปอร์เซ็นต์จึงเพิ่มขึ้นแม้ว่ากระแสฮาร์มอนิกสัมบูรณ์จะต่ำกว่าก็ตาม กำหนดขนาดตามกระแส, ไม่ใช่เปอร์เซ็นต์

ฉันต้องการตัวกรองสี่สายในห้องข้อมูลสามเฟสหรือไม่?

โดยปกติใช่, เพราะแร็คเซิร์ฟเวอร์ได้รับพลังงานจากสาขาสัญญาณเดี่ยวและฮาร์มอนิกสามเท่าจะรวมกันในสายกลาง วัดกระแสสายกลางที่พีคก่อนตัดสินใจ; หากใกล้เคียงหรือเกินกระแสเฟส, จำเป็นต้องมีการชดเชยสี่สาย

สามารถบำรุงรักษาตัวกรองได้โดยไม่ต้องปิดห้องหรือไม่?

ด้วยการออกแบบโมดูลแบบ Hot-swap และความจุ N+1, ใช่ การเปลี่ยนโมดูลใช้เวลาไม่กี่นาทีและไม่ขัดจังหวะโหลด IT หน่วยแบบโมโนลิธต้องการการหยุดทำงาน, ซึ่งโดยปกติแล้วไม่เป็นที่ยอมรับในห้องข้อมูลที่ใช้งานอยู่

ควรติดตั้ง CT ที่ไหน?

ที่ด้านโหลดของตัวกรอง, วัดกระแสที่ห้องดึงจริง การวางตำแหน่งปลายน้ำของตัวกรองทำให้ตัวควบคุมควบคุมเอาต์พุตของตัวเอง, ซึ่งทำให้เกิดการสั่นและการทำงานที่ดูเหมือนด้อยประสิทธิภาพ

AHF รบกวนการทำงานของ UPS หรือไม่?

ไม่กับการทดสอบการใช้งานที่รอบคอบ ตัวกรองจะตอบสนองต่อกระแสโหลดในขณะที่ UPS ควบคุมแรงดันไฟฟ้า, ดังนั้นลูปทั้งสองจึงทำงานกับปริมาณที่แตกต่างกัน การตั้งค่าอัตราขยายที่สูงเกินไปอาจทำให้เกิดการโต้ตอบ, ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมการเลือกคำสั่งและอัตราขยายจึงถูกตั้งค่าตามข้อมูลที่วัดได้

ตัวกรองสนับสนุนการรายงาน PUE หรือประสิทธิภาพได้อย่างไร?

โดยการลดการสูญเสียฮาร์มอนิกในหม้อแปลง, สายเคเบิล และเร็กติไฟเออร์ UPS, และโดยการให้ข้อมูลคุณภาพไฟฟ้าที่บันทึกไว้ การประหยัดจะปรากฏเป็นการสูญเสียการกระจายที่ต่ำลง, และบันทึกจะสนับสนุนข้อกำหนดการรายงานแทนที่จะแทนที่

บทสรุป

การลดฮาร์มอนิกในศูนย์ข้อมูลเป็นปัญหาด้านระบบสำรองและหลักฐานพอๆ กับปัญหาทางไฟฟ้า สำรวจที่ระดับโหลดสามระดับ, กำหนดขนาดตามกระแสพร้อมส่วนเผื่อ N+1, เลือกแพลตฟอร์มโมดูลาร์สี่สายพร้อมการเข้าถึงด้านหน้า, ทดสอบการใช้งานอย่างรอบคอบกับลูป UPS, และจัดทำเอกสารค่าก่อนและหลัง เมื่อทำเช่นนี้, ตัวกรองจะปลดปล่อยความจุหม้อแปลง, ปกป้องสายกลาง และให้ทีมอำนวยความสะดวกด้วยรายงานที่พวกเขาสามารถมอบให้กับผู้เช่าหรือผู้ตรวจสอบ

วางแผนคุณภาพไฟฟ้าสำหรับห้องใหม่หรือการปรับปรุง? ส่งแผนผังเส้นเดียว, พิกัด UPS และโปรไฟล์โหลด IT ของคุณมาให้เรา, และเราจะเสนอการจัดเตรียมเฟรมพร้อมระบบสำรอง, จุดตรวจสอบ และเทมเพลตรายงานการทดสอบการใช้งาน ติดต่อทีมศูนย์ข้อมูลของเราเพื่อขอใบเสนอราคา.