输入电流谐波畸变
谐波是由非线性负载产生的。负载分为线性和非线性两类。国标GB/T7260-3中对线性负载有明确的定义:3.2.6 线性负载(linear load)当施加可变正弦电压时,其负载阻抗参数(Z)恒定为常数的那种负载。3.2.7 非线性负载(non-linear load),负载阻抗参数(Z)不总为恒定常数,随着诸如电压或时间等其它参数而变化的那种负载。简而言之，二者都施加正弦电压时，线性负载的电流是正弦的，非线性负载的电流是非正弦的，如图4所示。
图4 负载波形图
在现实生活中,纯阻性负载、纯感性负载和纯容性负载是不存在的,但仍可把近似于图4(a)的负载叫线性负载,图4(b)的负载叫非线性负载。
另外,大量的谐波电流存在,还会使输入电压发生畸变。国家标准《电能质量公用电网GB/T14549-93》电能质量公用电网谐波规定电压波形正弦畸变不大于5%(THDV)。
根据IEC6100-3-4∶1998的标准要求:大于16A的电气设备,输入功率因数大于0.92,输入电流谐波(THDI)小于8%,这是绿色UPS的基本要求和定义。在中华人民共和国通信行业标准YD/T 1095-2008通信用不间断电源——UPS中,相对应的输入功率因数分别为≥0.95,≥0.90。输入电流谐波成分为<5%,<15%。只有≥0.95及<5%一类是达到节能减排的绿色要求的。
谐波产生的根本原因是非线性负载从电网吸收非正弦电流,结果使其波形产生畸变。谐波是电力系统的噪声污染,除造成系统干扰外,也对系统的节能降耗造成很大影响。
目前采用的UPS输入谐波抑制技术有:无源滤波、有源滤波、12脉冲整流、IGBT整流等。每种滤波技术各有其特点:
(1)无源滤波:是采用电感和电容组成谐振滤波器吸收某些特定的谐波电流。常用的有5、7次谐振滤波器,5、7、11、13次谐振滤波器等。其优点是简单、控制方式较易实现,成本低,技术成熟。缺点是只能抑制固定频率的谐波,其滤波特性受系统阻抗和负载率影响;易与系统发生并联谐振导致谐波放大而使LC滤波器因过载而烧毁。
(2)有源滤波:有源滤波是应用电流反馈技术使输入端电流波形跟踪交流输入电压波形,由补偿装置产生一个与谐波电流大小相等而极性相反的补偿电流,从而抑制电网中的谐波电流含量。它的主要优点是:可动态跟踪负载并滤除系统中的谐波;不会给系统带来谐振;可补偿各次谐波,滤波范围大。其缺点是自身会消耗3%～5%的系统能量。
(3)12脉冲整流:是采用移相变压器组成6脉冲倍数的整流器,减少谐波电流总量。其优点是:无需滤波电容,对备用发电机的调节无影响。最新技术的12脉冲整流技术可以将谐波电流抑制到4.5%。缺点是:输入功率因数比有源滤波技术稍低,只能达到0.93左右。