패시브 대. 데이터 센터의 능동형 고조파 필터: 현장 비교 — Mirus International
| 시설 | 데이터 센터 — 캐나다 금융 기관, 배리, 온타리오 |
| 테스트 수수료 | ADM엔지니어링 / 미루스 인터내셔널 — 7월 2012 |
| 테스트 조건 | 디젤 발전기 백업 공급 (최악의 경우 약한 소스) |
| 수동 필터 부하 | 냉각수 펌프 - 430 총 HP, 각 VSD의 Lineator AUHF |
| 활성 필터 부하 | 227 HP 냉각기 - 내장형 병렬 활성 고조파 필터 |
| 수동적 결과 - THDv | 0.4% |
| 수동적 결과 - THDi | 8% |
| 활성 결과 — THDi (완전 부하) | > 12% |
| 활성 결과 — THDi (부하 감소) | > 15% |
| IEEE 519 규정 준수 | 수동적인: 예. 활동적인: 아니. |
01 운영 상황: 데이터 센터의 VSD 및 고조파 결과
데이터 센터는 상업 부문에서 가장 큰 전기 에너지 소비자 중 하나입니다., 그리고 이는 10년 넘게 에너지 효율 프로그램의 주요 목표였습니다.. 가변 속도 드라이브는 데이터 센터 냉각 인프라(냉각기)에서 점점 일반화되고 있습니다., 냉각수 펌프, 냉각탑 팬, 그리고 컴퓨터실 에어컨 (CRAC) 가변 속도 작동의 모든 이점, 고정 속도 대안에 비해 부분 부하에서 모터 에너지 소비를 크게 줄입니다..[1]
VSD의 에너지 효율성 이점은 실질적이고 상당합니다.. 그러나 VSD는 공급망에 고조파 전류를 주입하는 6펄스 비선형 부하입니다.. 냉각 시스템에 여러 개의 대형 VSD가 있는 데이터 센터, 누적 고조파 부하는 상당할 수 있으며 데이터 센터 부하는 전압 왜곡에 가장 민감한 부하 중 하나입니다.. 서버 전원 공급 장치, UPS 시스템, 정밀 냉각 제어는 모두 청정 전력에서 더 나은 성능을 발휘합니다..
배리에 있는 캐나다 금융 기관의 새로운 데이터 센터, 온타리오, 두 가지 고조파 완화 접근 방식이 냉각 시스템에 배포되었습니다.: 모든 냉수 펌프 드라이브의 Mirus Lineator AUHF 패시브 필터, 내장형 병렬 능동형 고조파 필터 227 HP 냉각기. 7월 2012, Mirus International은 ADM Engineering과 협력하여 최악의 조건에서 두 가지 접근 방식에 대한 비교 현장 평가를 수행했습니다..[1]
무화과. 1. Barrie 데이터 센터의 냉수 펌프에 Lineator AUHF 및 VSD 설치. 모든 냉수펌프 구동장치에 Lineator를 적용하였습니다. 430 HP. 출처: 미루스 인터내셔널.[1]
02 능동 필터 결과: 놀랍게도 성능이 좋지 않습니다.
2.1 병렬 능동형 고조파 필터의 작동 방식
션트형 병렬 능동형 고조파 필터는 완화하려는 비선형 부하와 병렬로 연결됩니다.. 부하 전류를 지속적으로 측정합니다., 디지털 신호 처리를 사용하여 고조파 성분을 추출합니다., 동일하고 반대인 고조파 전류를 공급 회로에 주입합니다. - 연결 지점에서 부하의 고조파 전류를 상쇄합니다.. 원칙적으로, 이는 수동 필터와 달리 완전하고 적응 가능한 고조파 제거 접근 방식입니다., 이는 조율된 공명에 의존하지 않으며 실시간으로 변화하는 고조파 내용에 반응합니다..[2]
실제로, 성능은 전류 감지의 정확도와 대역폭에 따라 크게 달라집니다., 보상 전류를 생성하는 IGBT 스위칭의 속도와 정밀도, 및 제어 루프의 대역폭. 이러한 한계는 특히 고조파 차수와 다양한 부하 조건에서 현장 측정 시 명백히 드러납니다..
2.2 측정 결과: 냉각기의 활성 필터
냉각기 전체 부하 시, 내장된 능동형 고조파 필터는 측정된 전류 THDi를 초과하여 생성되었습니다. 12%. 이는 고조파 완화를 위해 특별히 판매된 기술에 비해 놀라울 정도로 열악한 결과입니다.. 냉각기 부하가 감소한 경우, 성능이 더욱 저하됨 - THDi 초과 15% 감소된 부하 조건에서, 전류 파형에 명확하게 보이는 고주파 고조파 성분 포함.[1]
무화과. 2a. 냉각기 능동형 고조파 필터 - 최대 부하. THDi = 12.1%. 스펙트럼에 보이는 고주파 고조파 성분. 출처: 미루스 인터내셔널.[1]
무화과. 2B. 냉각기 능동형 고조파 필터 - 부하 감소. THDi = 15.1%. 부분 부하 시 성능이 저하됩니다. 이는 데이터 센터 냉각 애플리케이션에 필요한 것과 반대입니다.. 출처: 미루스 인터내셔널.[1]
2.3 경부하에서 능동 필터의 성능이 저하되는 이유
감소된 부하에서 능동 필터 성능이 저하되는 것은 기술의 특징입니다.. 완전 부하 시, 고조파 전류는 기본 전류에 비해 크다, 정확하게 감지하고 효과적으로 취소하기가 더 쉽습니다.. 부하가 감소한 경우, 기본 전류는 더 작습니다., 고조파 전류는 절대값으로 더 작습니다., 전류 감지의 신호 대 잡음비는 감소합니다.. 제어 루프 정확도가 저하됩니다., 보상이 덜 정확해진다, 잔류 고조파 함량과 필터의 자체 IGBT 스위칭 고조파가 THDi 측정을 좌우합니다.. 이는 데이터 센터 냉각 시스템에 필요한 것과 반대입니다., 부하가 넓은 범위에 걸쳐 연속적으로 변하는 경우.
03 수동 필터 결과: IEEE 519 발전기 공급에 따른 규정 준수
다음으로 Mirus Lineator AUHF 패시브 필터가 장착된 냉수 펌프 드라이브를 동일한 디젤 발전기 공급 조건에서 측정했습니다.. 결과는 능동 필터 측정과 현저히 달랐습니다.:[1]
- 펌프 입력 단자의 전압 THDv: 0.4%
- 펌프 입력 단자의 전류 THDi: 8%
두 값 모두 IEEE 내에 있습니다. 519 제한. The 0.4% THDv는 매우 깨끗한 결과입니다. 유틸리티 공급 장치에서도 탁월한 것으로 간주됩니다.. 디젤 발전기 공급으로 달성, 소스 임피던스가 높고 전압 왜곡이 유틸리티 그리드보다 더 심할 것으로 예상되는 경우, Lineator의 고조파 감쇠가 가장 까다로운 소스 조건에서도 효과적임을 보여줍니다..[1]
무화과. 3a. Lineator AUHF를 갖춘 냉각수 펌프 - 전압 왜곡. THDv = 0.4%. 디젤 발전기 공급 하에서 측정됨. 출처: 미루스 인터내셔널.[1]
무화과. 3B. Lineator AUHF를 갖춘 냉각수 펌프 - 전류 왜곡. THDi = 8.0%. IEEE 519 최악의 발전기 공급 조건을 준수함. 출처: 미루스 인터내셔널.[1]
경부하에서 Lineator AUHF 용량성 무효 전류는 다음 미만으로 측정되었습니다. 15% 정격 전류 - 데이터 센터의 디젤 발전기에 허용되는 작동 범위 내에 있습니다.. 이는 중요한 발전기 호환성 확인입니다.: 대형 커패시터 뱅크가 있는 수동 필터는 발전기 AVR 시스템을 불안정하게 만드는 주요 역률 조건을 유발할 수 있습니다.. Lineator의 낮은 용량성 반응성 콘텐츠는 이 문제를 방지합니다., 이 시리즈의 앞부분에 있는 발전기 공급 사례 연구에서도 입증된 바와 같습니다..
04 일대일: 패시브 대. 같은 시설에서 활동
| 매개변수 | 냉각기 - 능동 필터 (내장) | 냉각수 펌프 - 패시브 리네이터 AUHF |
|---|---|---|
| THDi — 완전 부하 | > 12% | 8% |
| THDi — 부하 감소 | > 15% | 8% (일관된) |
| 터미널의 THDv | 지정되지 않음 | 0.4% |
| 고주파 소음 | 현재 — IGBT 스위칭 아티팩트 | 없음 - 활성 스위칭 구성 요소 없음 |
| IEEE 519 규정 준수 | 아니 | 예 |
| 발전기 호환성 | 알 수 없음 — 고주파 소음 위험 | 확인 — <15% 경부하에서 용량성 반응성 |
| 성능 대. 하중 | 경부하에서 성능 저하 | 부하 범위 전체에서 일관됨 |
05 전력 품질 관점: 이 사례 연구에서 보여주는 내용
5.1 PQ에 민감한 환경으로서의 데이터 센터
데이터 센터는 동일한 시설에서 고조파 소스와 고조파 희생의 고유한 조합을 제공합니다.. 냉각 시스템 VSD는 고조파 소스입니다.. IT 장비 - 서버, 저장, 네트워킹 - 그 자체가 비선형 부하인 스위칭 전원 공급 장치를 포함합니다., 이러한 전원 공급 장치는 공급 전압 품질에 민감합니다.. 내부 전력 품질이 좋지 않은 데이터 센터는 자체 중요 부하에 해를 끼치고 있습니다..
IEEE 519 공통 결합 시점의 표준 제한은 유틸리티 네트워크와 인접 고객을 보호합니다.. 데이터센터 내부 배포 내, 관련 우려 사항은 냉각 시스템 VSD의 전압 왜곡이 IT 장비 성능 및 신뢰성에 영향을 미치는지 여부입니다.. The 0.4% THDv achieved with the Lineator AUHF under generator supply is essentially negligible — it imposes no measurable stress on downstream IT equipment power supplies.
5.2 The active filter’s failure modes — a technology assessment
Active harmonic filters are marketed on the basis of adaptability — they respond to changing harmonic content in real time, unlike passive filters tuned to specific harmonic orders. This adaptability is real and genuinely valuable in some applications: systems where the harmonic spectrum changes unpredictably, or where many different types of loads share a common bus. 그러나, the San Antonio and Barrie data center case studies together suggest that in specific, well-characterized VSD applications, 잘 설계된 수동 필터는 IGBT 스위칭 잡음 부작용 없이 더 저렴한 비용으로 능동 필터와 일관되게 일치하거나 능가합니다..
능동 필터에서 관찰되는 경부하 성능 저하는 특히 데이터 센터 냉각 애플리케이션과 관련이 있습니다., 냉각 부하는 IT 부하 프로필을 따르고 부분 부하에서 상당한 시간을 소비합니다.. 시스템이 저부하로 실행될 때 최악의 성능을 보이는 필터는 이 애플리케이션의 듀티 사이클과 제대로 일치하지 않습니다..
5.3 고조파 스트레스 테스트로서의 발전기 백업 공급
유틸리티 공급 장치가 아닌 디젤 발전기 백업 공급 장치에서 테스트를 수행하기로 한 결정은 방법론적으로 정확하며 주목할 가치가 있습니다.. 데이터 센터는 유틸리티 중단에도 불구하고 지속적인 운영을 위해 설계되었습니다.. 발전기로 구동되는 작동 기간 동안, 조화로운 환경이 평소보다 나쁘다. 고조파 완화가 유틸리티 공급에서만 확인되는 경우, 신뢰성이 가장 중요한 발전기 구동 기간 동안 시스템이 규정을 준수할 것이라는 보장은 없습니다..
This case study — the final in the Mirus International series presented on IPQDF — brings the collection full circle. The series opened with generator-fed oil field applications where harmonic problems caused equipment failures in remote, unmanned installations. It closes with a generator-tested data center evaluation at the opposite end of the infrastructure spectrum — mission-critical, 도시의, IT-intensive. The harmonic physics are identical in both environments. 잘못했을 때의 결과는 규모가 다르다, 종류가 아닌.
참조
- [1] 미루스인터내셔널(주), “Lineator 사례 연구: 수동 고조파 필터와 비교. 데이터 센터의 활성 필터,” 응용 사례 연구, 브램톤, 온타리오, 캐나다, 2012. 사용 가능: mirusinternational.com
- [2] IEEE 표준 519-2022, “전력 시스템의 고조파 제어에 대한 IEEE 표준,” IEEE, 뉴욕, NY, 2022.