निष्क्रिय बनाम. डेटा सेंटर में सक्रिय हार्मोनिक फ़िल्टर: एक क्षेत्र तुलना - मिरस इंटरनेशनल

01 संचालन प्रसंग: डेटा केंद्रों में वीएसडी और हार्मोनिक परिणाम

डेटा सेंटर वाणिज्यिक क्षेत्र में सबसे बड़े विद्युत ऊर्जा उपभोक्ताओं में से हैं, और वे एक दशक से अधिक समय से ऊर्जा दक्षता कार्यक्रमों का प्राथमिक लक्ष्य रहे हैं. डेटा सेंटर कूलिंग इंफ्रास्ट्रक्चर - चिलर्स में परिवर्तनीय गति ड्राइव तेजी से आम हो गए हैं, ठंडा पानी पंप, कूलिंग टावर पंखे, और कंप्यूटर कक्ष एयर कंडीशनर (सीआरएसी) परिवर्तनीय गति संचालन से सभी को लाभ होता है, जो निश्चित गति विकल्पों की तुलना में आंशिक लोड पर मोटर ऊर्जा खपत को नाटकीय रूप से कम कर देता है.[1]

वीएसडी का ऊर्जा दक्षता लाभ वास्तविक और पर्याप्त है. लेकिन वीएसडी एक 6-पल्स गैर-रेखीय भार है जो आपूर्ति नेटवर्क में हार्मोनिक धाराओं को इंजेक्ट करता है. शीतलन प्रणाली पर कई बड़े वीएसडी वाले डेटा सेंटर में, संचयी हार्मोनिक लोडिंग महत्वपूर्ण हो सकती है - और डेटा सेंटर लोड वोल्टेज विरूपण के प्रति सबसे अधिक संवेदनशील होते हैं. सर्वर बिजली की आपूर्ति, यूपीएस सिस्टम, और सटीक शीतलन नियंत्रण सभी स्वच्छ बिजली पर बेहतर प्रदर्शन करते हैं.

बैरी में एक कनाडाई वित्तीय संस्थान के नए डेटा सेंटर में, ओंटारियो, शीतलन प्रणाली पर दो हार्मोनिक शमन दृष्टिकोण तैनात किए गए थे: सभी ठंडे पानी पंप ड्राइव पर मिरस लाइनेटर एयूएचएफ निष्क्रिय फिल्टर, और एक अंतर्निर्मित समानांतर सक्रिय हार्मोनिक फ़िल्टर 227 एचपी चिलर. जुलाई में 2012, मिरस इंटरनेशनल को एडीएम इंजीनियरिंग द्वारा सबसे खराब स्थिति में दोनों दृष्टिकोणों का तुलनात्मक क्षेत्र मूल्यांकन करने के लिए नियुक्त किया गया था.[1]

अंजीर. 1. बैरी डेटा सेंटर में ठंडे पानी के पंप पर लाइनेटर एयूएचएफ और वीएसडी की स्थापना. लाइनएटर्स को कुल मिलाकर सभी ठंडे पानी पंप ड्राइवों पर लागू किया गया था 430 हिमाचल प्रदेश. स्रोत: मिरस इंटरनेशनल.[1]

02 सक्रिय फ़िल्टर परिणाम: आश्चर्यजनक रूप से ख़राब प्रदर्शन

2.1 समानांतर सक्रिय हार्मोनिक फ़िल्टर कैसे काम करते हैं

एक शंट-प्रकार का समानांतर सक्रिय हार्मोनिक फ़िल्टर उस गैर-रेखीय भार के समानांतर जुड़ता है जिसे वह कम कर रहा है. यह लगातार लोड करंट को मापता है, डिजिटल सिग्नल प्रोसेसिंग का उपयोग करके हार्मोनिक सामग्री निकालता है, और आपूर्ति सर्किट में एक समान और विपरीत हार्मोनिक धारा इंजेक्ट करता है - कनेक्शन के बिंदु पर लोड के हार्मोनिक वर्तमान को रद्द कर देता है. सैद्धांतिक रूप में, यह एक पूर्ण और अनुकूली हार्मोनिक रद्दीकरण दृष्टिकोण है - निष्क्रिय फिल्टर के विपरीत, यह ट्यून्ड अनुनाद पर निर्भर नहीं है और यह वास्तविक समय में बदलती हार्मोनिक सामग्री पर प्रतिक्रिया करता है.[2]

व्यवहार में, प्रदर्शन गंभीर रूप से वर्तमान सेंसिंग की सटीकता और बैंडविड्थ पर निर्भर करता है, आईजीबीटी स्विचिंग की गति और परिशुद्धता जो क्षतिपूर्ति धारा उत्पन्न करती है, और नियंत्रण लूप की बैंडविड्थ. ये सीमाएँ फ़ील्ड माप में स्पष्ट हो जाती हैं - विशेष रूप से उच्च हार्मोनिक ऑर्डर पर और अलग-अलग लोड स्थितियों के तहत.

2.2 मापा परिणाम: चिलर पर सक्रिय फ़िल्टर

पूर्ण चिलर लोड पर, अंतर्निहित सक्रिय हार्मोनिक फ़िल्टर ने टीएचडीआई से अधिक वर्तमान को मापा 12%. हार्मोनिक शमन के लिए विशेष रूप से विपणन की गई प्रौद्योगिकी के लिए यह आश्चर्यजनक रूप से खराब परिणाम है. जब चिलर का लोड कम कर दिया गया, प्रदर्शन में और गिरावट आई - टीएचडीआई पार हो गया 15% कम लोड की स्थिति में, उच्च-आवृत्ति हार्मोनिक घटकों के साथ वर्तमान तरंग में स्पष्ट रूप से दिखाई देता है.[1]

अंजीर. 2एक. चिलर सक्रिय हार्मोनिक फ़िल्टर - पूर्ण भार. THDi = 12.1%. स्पेक्ट्रम में दिखाई देने वाले उच्च आवृत्ति वाले हार्मोनिक घटक. स्रोत: मिरस इंटरनेशनल.[1]

अंजीर. 2ख. चिलर सक्रिय हार्मोनिक फ़िल्टर - कम भार. THDi = 15.1%. आंशिक लोड पर प्रदर्शन ख़राब हो जाता है - डेटा सेंटर कूलिंग एप्लिकेशन की आवश्यकता के विपरीत. स्रोत: मिरस इंटरनेशनल.[1]

2.3 सक्रिय फिल्टर हल्के लोड पर खराब क्यों हो जाते हैं?

कम लोड पर सक्रिय फ़िल्टर के प्रदर्शन में गिरावट प्रौद्योगिकी की एक विशेषता है. पूरे लोड पर, हार्मोनिक धाराएँ मौलिक के सापेक्ष बड़ी हैं, जिससे उन्हें सटीक रूप से समझना और प्रभावी ढंग से रद्द करना आसान हो जाता है. कम लोड पर, मौलिक धारा छोटी है, हार्मोनिक धाराएँ निरपेक्ष रूप से छोटी होती हैं, और वर्तमान संवेदन का सिग्नल-टू-शोर अनुपात कम हो जाता है. नियंत्रण लूप की सटीकता ख़राब हो जाती है, मुआवज़ा कम सटीक हो जाता है, और अवशिष्ट हार्मोनिक सामग्री - प्लस फ़िल्टर की अपनी आईजीबीटी स्विचिंग हार्मोनिक्स - टीएचडीआई माप पर हावी है. यह डेटा सेंटर कूलिंग सिस्टम में जो आवश्यक है उसके विपरीत है, जहां भार एक विस्तृत श्रृंखला में लगातार बदलता रहता है.

03 निष्क्रिय फ़िल्टर परिणाम: आईईईई 519 जनरेटर आपूर्ति के तहत अनुपालन

ठंडा पानी पंप ड्राइव - सभी मिरस लाइनेटर एयूएचएफ निष्क्रिय फिल्टर से सुसज्जित - को उसी डीजल जनरेटर आपूर्ति शर्तों के तहत मापा गया था. परिणाम सक्रिय फ़िल्टर माप से स्पष्ट रूप से भिन्न थे:[1]

• पंप इनपुट टर्मिनलों पर वोल्टेज THDv: 0.4%
• पंप इनपुट टर्मिनलों पर वर्तमान टीएचडीआई: 8%

दोनों मान आईईईई के भीतर ही हैं 519 सीमा. The 0.4% टीएचडीवी एक असाधारण साफ परिणाम है - यहां तक ​​कि उपयोगिता आपूर्ति पर भी इसे उत्कृष्ट माना जाएगा. इसे डीजल जेनरेटर सप्लाई के तहत हासिल किया जा रहा है, जहां स्रोत प्रतिबाधा अधिक है और वोल्टेज विरूपण उपयोगिता ग्रिड की तुलना में खराब होने की उम्मीद होगी, दर्शाता है कि लाइनएटर का हार्मोनिक क्षीणन सबसे चुनौतीपूर्ण स्रोत स्थितियों में भी प्रभावी है.[1]

अंजीर. 3एक. लाइनेटर एयूएचएफ के साथ ठंडा पानी पंप - वोल्टेज विरूपण. टीएचडीवी = 0.4%. डीजल जनरेटर आपूर्ति के तहत मापा गया. स्रोत: मिरस इंटरनेशनल.[1]

अंजीर. 3ख. लाइनेटर एयूएचएफ के साथ ठंडा पानी पंप - वर्तमान विरूपण. THDi = 8.0%. आईईईई 519 सबसे खराब स्थिति में जनरेटर आपूर्ति के अनुरूप. स्रोत: मिरस इंटरनेशनल.[1]

लाइट लोड पर लाइनेटर एयूएचएफ कैपेसिटिव रिएक्टिव करंट से कम मापा गया था 15% रेटेड करंट का - डेटा सेंटर के डीजल जनरेटर के लिए स्वीकार्य ऑपरेटिंग रेंज के भीतर. यह एक महत्वपूर्ण जनरेटर संगतता जांच है: बड़े कैपेसिटर बैंकों के साथ निष्क्रिय फिल्टर प्रमुख पावर फैक्टर स्थितियों का कारण बन सकते हैं जो जनरेटर एवीआर सिस्टम को अस्थिर कर देते हैं. लाइनएटर की कम कैपेसिटिव प्रतिक्रियाशील सामग्री इस समस्या से बचाती है, जैसा कि इस श्रृंखला में पहले जेनरेटर-फेड केस अध्ययनों में भी प्रदर्शित किया गया था.

04 सिर से सिर: निष्क्रिय बनाम. एक ही सुविधा में सक्रिय

05 विद्युत गुणवत्ता परिप्रेक्ष्य: यह केस स्टडी क्या दर्शाती है

5.1 PQ-संवेदनशील वातावरण के रूप में डेटा केंद्र

डेटा केंद्र एक ही सुविधा में हार्मोनिक स्रोत और हार्मोनिक पीड़ित का एक अनूठा संयोजन प्रस्तुत करते हैं. शीतलन प्रणाली वीएसडी हार्मोनिक स्रोत हैं. आईटी उपकरण - सर्वर, भंडारण, नेटवर्किंग - इसमें स्विचिंग बिजली आपूर्ति शामिल है जो स्वयं गैर-रेखीय भार हैं, और ये बिजली आपूर्ति आपूर्ति वोल्टेज गुणवत्ता के प्रति संवेदनशील हैं. खराब आंतरिक बिजली गुणवत्ता वाला डेटा सेंटर अपने स्वयं के महत्वपूर्ण भार को नुकसान पहुंचा रहा है.

The IEEE 519 सामान्य युग्मन के बिंदु पर मानक की सीमाएं उपयोगिता नेटवर्क और पड़ोसी ग्राहकों की रक्षा करती हैं. डेटा सेंटर के आंतरिक वितरण के भीतर, प्रासंगिक चिंता यह है कि क्या शीतलन प्रणाली वीएसडी से वोल्टेज विरूपण आईटी उपकरण के प्रदर्शन और विश्वसनीयता को प्रभावित करता है. The 0.4% जनरेटर आपूर्ति के तहत लाइनेटर एयूएचएफ के साथ हासिल किया गया टीएचडीवी अनिवार्य रूप से नगण्य है - यह डाउनस्ट्रीम आईटी उपकरण बिजली आपूर्ति पर कोई मापने योग्य तनाव नहीं डालता है।.

5.2 सक्रिय फ़िल्टर की विफलता मोड - एक प्रौद्योगिकी मूल्यांकन

सक्रिय हार्मोनिक फिल्टर का विपणन अनुकूलन क्षमता के आधार पर किया जाता है - वे वास्तविक समय में बदलती हार्मोनिक सामग्री पर प्रतिक्रिया करते हैं, विशिष्ट हार्मोनिक ऑर्डर पर ट्यून किए गए निष्क्रिय फ़िल्टर के विपरीत. यह अनुकूलनशीलता कुछ अनुप्रयोगों में वास्तविक और वास्तव में मूल्यवान है: सिस्टम जहां हार्मोनिक स्पेक्ट्रम अप्रत्याशित रूप से बदलता है, या जहां कई अलग-अलग प्रकार के भार एक ही बस में साझा होते हैं. तथापि, सैन एंटोनियो और बैरी डेटा सेंटर केस अध्ययन एक साथ विशिष्ट रूप से सुझाव देते हैं, अच्छी तरह से विशेषता वाले वीएसडी अनुप्रयोग, एक अच्छी तरह से डिज़ाइन किया गया निष्क्रिय फ़िल्टर लगातार कम लागत पर सक्रिय विकल्पों से मेल खाता है या बेहतर प्रदर्शन करता है और आईजीबीटी स्विचिंग शोर के दुष्प्रभावों के बिना.

सक्रिय फ़िल्टर में देखी गई लाइट-लोड प्रदर्शन में गिरावट डेटा सेंटर कूलिंग अनुप्रयोगों के लिए विशेष रूप से प्रासंगिक है, जहां कूलिंग लोड आईटी लोड प्रोफाइल का पालन करते हैं और आंशिक लोड पर महत्वपूर्ण समय बिताते हैं. एक फ़िल्टर जो सिस्टम के हल्के लोड पर चलने पर सबसे खराब प्रदर्शन करता है, इस एप्लिकेशन के कर्तव्य चक्र से खराब रूप से मेल खाता है.

5.3 हार्मोनिक तनाव परीक्षण के रूप में जनरेटर बैकअप आपूर्ति

उपयोगिता आपूर्ति के बजाय डीजल जनरेटर बैकअप आपूर्ति के तहत परीक्षण करने का निर्णय पद्धतिगत रूप से सही और ध्यान देने योग्य है. डेटा केंद्रों को उपयोगिता आउटेज के दौरान निरंतर संचालन के लिए डिज़ाइन किया गया है. जनरेटर-संचालित परिचालन अवधि के दौरान, हार्मोनिक वातावरण सामान्य से भी बदतर है. यदि हार्मोनिक शमन केवल उपयोगिता आपूर्ति पर सत्यापित है, इस बात का कोई आश्वासन नहीं है कि सिस्टम जनरेटर-संचालित अवधि के दौरान अनुपालन के भीतर रहेगा - ठीक उसी समय जब विश्वसनीयता सबसे महत्वपूर्ण होती है.

यह केस स्टडी - आईपीक्यूडीएफ पर प्रस्तुत मिरस इंटरनेशनल श्रृंखला में अंतिम - संग्रह को पूर्ण चक्र में लाती है. श्रृंखला जनरेटर-संचालित तेल क्षेत्र अनुप्रयोगों के साथ शुरू हुई जहां हार्मोनिक समस्याओं के कारण रिमोट में उपकरण विफलता हुई, मानवरहित संस्थापन. यह बुनियादी ढांचे के स्पेक्ट्रम के विपरीत छोर पर जनरेटर-परीक्षणित डेटा सेंटर मूल्यांकन के साथ बंद होता है - मिशन-महत्वपूर्ण, urban, आईटी प्रधान. हार्मोनिक भौतिकी दोनों वातावरणों में समान है. गलत होने का परिणाम पैमाने में भिन्न होता है, तरह से नहीं.

सन्दर्भ

1. [1] मिरस इंटरनेशनल इंक., “लाइनएटर केस स्टडी: निष्क्रिय हार्मोनिक फ़िल्टर बनाम. डेटा सेंटर में सक्रिय फ़िल्टर,” एप्लीकेशन केस स्टडी, Brampton, ओंटारियो, कनाडा, 2012. उपलब्ध: mirusinternational.com
2. [2] आईईईई एसटीडी 519-2022, “इलेक्ट्रिक पावर सिस्टम में हार्मोनिक नियंत्रण के लिए आईईईई मानक,” आईईईई, न्यू यार्क, NY, 2022.