如果保证UPS等设备在高谐波情况下运行的更安全，必须看这里了

       最近，有几个UPS厂家联系到青岛绿波杰能。他们生产的UPS在使用地， 接连出现BUS短路、BUS软起动超时、逆变软起动失败、整流器故障等故障。但这些UPS，在他们做出厂测试的时候，是没有任何问题的。听到他们反馈的信息后，青岛绿波杰能建议他们对UPS的电源侧进行谐波测量。他们按照青岛绿波杰能的要求进行测量后，发现都是输入谐波电流处于较高水平，其中，谐波最厉害的，基波之中的谐波电流含量超过80%。

       总的来说，UPS既是电网谐波的重要“加害者”（产生者），同时也是其脆弱的“受害者”。当背景电网谐波超标时，UPS的运行会受到严重威胁。

一、电网谐波对UPS的影响

       电网谐波过大时，谐波对UPS的影响主要 包括如下6个方面：

1、过热与寿命衰减（最普遍且严重的影响）

       UPS的输入整流器和内部变压器都是为纯净的50/60Hz正弦波设计的。当电网中含有大量谐波（尤其是3次、5次、7次）时，会导致UPS的整流器IGBT/IPM模块、电解电容、磁性元件等关键部件长期在过热状态下运行，绝缘材料老化加速，电解电容干涸，预期寿命大幅缩短。这直接增加了UPS的故障率和维护成本，甚至可能导致热击穿，造成灾难性故障。

2、同步困难

       谐波电流流过电网阻抗（特别是变压器阻抗和线路阻抗）时，会产生同比例的谐波电压降，导致UPS接入点的电网电压波形发生畸变，不再是光滑的正弦波。

       许多UPS的输入PFC电路或锁相环（PLL）需要依赖电网电压的过零点（Zero-Crossing）来实现同步。畸变的电压波形会产生多个虚假的过零点，导致同步混乱，可能引起系统误触发、切换不同步，甚至并网模式下产生巨大的环流。

3、采样失真

       UPS的控制系统依靠对输入电压和电流的瞬时采样来进行控制。波形畸变会使采样值失真，导致UPS的控制算法产生错误的开关指令，降低功率因数校正（PFC）效果，甚至形成恶性循环，产生更多谐波。

4、熔断器或空开误动作

       UPS中的熔断器和空气开关（MCB）虽然对高频电流不敏感，但True RMS（真有效值） 测量的仪表和保护装置会检测到包含谐波的总电流。谐波电流显著增大了电流的RMS值。

       即使基波电流未超限，总RMS电流也可能超过上游断路器或熔断器的设定值，导致其无故跳闸或熔断，造成UPS意外断电，负载中断。这使得为系统选型合适的保护器件变得异常复杂。

5、控制性能下降

       畸变的输入电压会使整流后得到的直流母线电压纹波（Ripple）增大，不再是平稳的直流。不稳定的直流母线电压会直接影响后续逆变器的调制效果，可能导致UPS的输出电压不稳定。

6、电容应力加剧

       UPS直流母线电容需要吸收更大的谐波电流，导致其内部发热严重，这是电解电容最致命的工作状态，极大加速其失效。

7、备用发电机组的兼容性问题

       当市电中断，UPS转由备用发电机组供电时，问题会更加复杂。发电机的内阻远大于电网，谐波电流造成的电压畸变会被放大数倍。高度畸变的电压会干扰发电机调速器（Governor）和励磁系统（AVR） 的稳定性，可能导致发电机转速震荡、电压振荡，最终系统崩溃，无法正常带载。这是数据中心“油机带载失败”的常见原因之一。

8、测量与计量误差

       UPS如果使用普通平均值响应的电流表，是无法准确测量畸变波形，读数会严重偏低。UPS运维人员可能根据错误的读数误判系统状态，认为电流在安全范围内，而实际线缆和器件已处于过载过热危险中，埋下安全隐患。

二、电网谐波影响UPS等整流/逆变类设备的完美解决方案

       电网谐波超标会严重威胁UPS的可靠性、稳定性和寿命，其影响是系统性的。那该如何去解决这个问题呢？可以从如下

1、选择性能更好的UPS

       采用IGBT整流、带有主动功率因数校正（Active PFC）技术的现代UPS（通常称为“双变换在线式UPS”）。这类UPS本身产生的谐波极低（THDi < 3-5%），同时其对电网谐波的抗干扰能力也更强。

       避免使用老旧的晶闸管整流/可控硅（SCR）型UPS，其本身就是6脉冲或12脉冲谐波源，且易受电网干扰。

2、加装输入侧谐波滤波器

       在UPS的输入前端安装有源电力滤波器（APF） 、无源调谐滤波器或MLAD-GFC系列LCL谐波滤波器。APF能实时检测并注入反向谐波电流，完美抵消UPS和上游其他设备产生的谐波，是当前最有效的解决方案。

3、使用隔离变压器

       在UPS输入端加装△/Yn接法的隔离变压器。其△绕组可以阻断3次及3的倍数次谐波环流，并提供中性线电流通路，是性价比很高的辅助手段。

4、加装输入电抗器

       在UPS的电源侧加装大感量的输入电抗器，或者是输入电抗器+输入滤波器，可以有效抑制电网中的高次谐波及高频谐波。

5、从测量与设计入手（预防）

       在项目设计初期，进行电能质量评估和预测，测量背景谐波。

       所有电缆、断路器和变压器选型时，必须考虑谐波带来的集肤效应和热效应，适当放大规格（例如，按K-Factor或降容因子选型变压器）。