我国在“十三五”期间提出了国内生产总值能耗降低20%左右，主要污染物排放总量减少10%的约束性指标。明确指出了要建设资源节约型、环境友好型的和谐社会。为了响应国家节能减排的号召，大型数据中心对各项节能指标有严格的要求，但由于其使用了大量变频节能设备，使得现代化数据中心的谐波畸变率往往很高，超出国家相关规定与标准。在消除或抑制大型数据中心系统谐波危害方面，以往只是采取一些防范措施，如根据负载确定电力变压器额定容量时，考虑谐波畸变而留有裕量；为易受干扰设备加装线路滤波器等，但这些都无法从根本上消除谐波危害。针对这样的背景本文详细介绍了大型数据中心分层分布式谐波治理的方案设计、方案实施及效果分析^[1]。

2 大型数据中心的谐波污染来源分析

      大型数据中心的设备的谐波电流是由各类电力电子设备整流器输入电路导致的。因为各类电力电子设备输入端的整流电路的阻抗不是一个定值，其阻抗随着外加电压的变化发生变化，这就导致整流器从电网吸取的电流不是正弦波电流。其中最主要的整流设备有以下几种：

2.1变频设备

大型数据中心使用了大量变频节能设备，如：变频空调、变频电梯、变频水泵等。变频类设备内部工作基本均为整流逆变过程，因此会产生谐波。所产生的谐波种类与整流器脉数有关，具体关系如下：

4大型数据中心的谐波危害

       大型数据中心的设备是通过电网阻抗对其他设备形成干扰的，这个过程如下：
       1）各类电力电子设备产生谐波电流；
       2）谐波电流流过电网阻抗时，产生了谐波电压；
       3）谐波电压对其他设备产生了干扰。
      根据以上机理，我们可以得出以下结论：
    （1）判断设备是否受到各类电力电子设备谐波电流的影响，需要看谐波电压畸变率，一般超过5%就会导致设备的误动作；
    （2）设备距离各类电力电子设备越近，谐波电压越高，越容易受到各类电力电子设备谐波电流的干扰；
    （3）电源越弱，例如小容量变压器、发电机、UPS等，各类电力电子设备的谐波电流干扰越强；
    （4）设备与变压器之间的电缆越长，设备越容易受到各类电力电子设备谐波电流的干扰。
      谐波电流流过电源内阻时产生的典型电压畸变是电压波形平顶。这种平顶电压除了对电子设备产生直接干扰外，还对电子设备有隐性的危害和影响，这包括：
    （1）缩短设备寿命       
      大部分电子设备的输入端是开关电源，而开关电源的直流母线电压由交流电的峰值电压决定，而不是由有效值决定。每半个周期，平滑电容上的电压被充电到交流电的峰值电压，当交流电的峰值过后，由电容放电来维持电子设备的工作，因此直流母线上的电压会有小的纹波。当交流电发生平顶时，直流母线的电压降低，这时开关电源为了维持同样的功率，必须吸取更大的电流，这会增加内部发热。
    （2）降低设备抗电压跌落性能
电子设备的一项重要指标是抗电压跌落特性，也就是，当电压出现短暂跌落时，设备要能够保持正常的工作。设备是依靠内部电容存储的能量来实现这个功能的。电容所储存的能量越大，设备在外部供电缺失的情况下能够维持的时间越长。对于电容量为C的电容器，它所储存的能量是UC/2，其中U是电容上的电压，等于交流电的峰值。
平顶畸变的电压意味着交流电的电压峰值降低，反映在电容上就是电容所储存的能量减少，这时，设备就不能再具有所设计的抗电压跌落特性了。
   （3）影响电源切换
设备使用应急电源（其内阻较大）会产生更大的谐波电压畸变率，这时会出现下述问题。当外部供电恢复时，应急电源产生的较高的电压畸变率会影响供电从应急电源向外部电源切换。因为较高的畸变率会影响应急电源与外部电源的同步，没有同步，两个电源不能并联起来。为了实现同步，必须减小负载，帮助电源切换。

5 针对大型数据中心的分层分布式谐波治理

传统的谐波保护解决方案只是从单一的设备入手，针对狭窄的谐波频率，所谓“头疼医头，脚痛医脚”，无法从根本上解决问题。为解决这一问题，结合数据中心的谐波情况，提出分层分布式谐波治理整体解决方案。
ANAPF有源电力滤波器针对电力侧低次谐波，为谐波治理提供了完美的解决方案。其采用现代电力电子技术和基于高速DSP器件的数字信号处理技术，可以快速准确地实时跟踪整条低压回路，检测出实时谐波情况，并通过优秀的算法，控制IGBT，实现对谐波的补偿，主动消除电力谐波。
ANHPD是一种用于滤除高次谐波、保护精密仪器设备的新型保护装置，采用超微晶合金材料与创新的特别电路。它主要由电压箝位、低通滤波器以及吸收器组成，不但可以抑制和吸收用户用电设备产生的随机高次谐波和高频噪声、脉冲尖峰、电涌等干扰，而且能随时跟踪电压波形，瞬时滤除电源中的尖峰、浪涌、杂波，矫正因谐波影响而产生的高次谐波，从源头消除谐波污染，为用电设备提供保护功能。
ANAPF有源电力滤波器可采用壁挂和整柜方式安装，同时可实现集中和就地治理，如图1所示的产品，给安装、维护及日后升级带来了便捷，提高了整体的安装效率。ANHPD谐波保护器采用导轨式安装，并采取并联接线的方式，如图2所示产品。



测量点四（中心机房出线回路）的谐波检测数据：从图7中可以看到：总电流为11A左右，电流的畸变率高达36.2%，电流谐波含量已经大大超过了国家的标准，主要为3、5、7、11次谐波。