مزایای استفاده از فیلترهای کاهش هارمونیک در داتا سنترها

درک هارمونیک‌ها و تأثیر آن‌ها بر دیتا سنترها

چگونه تحریف هارمونیک بر کیفیت توان الکتریکی تأثیر می‌گذارد

حراریک هارمونیک نقش مهمی در تعیین کیفیت برق در مراکز داده ایفا می‌کند. در حالت کلی، دستگاه‌های غیرخطی جریان‌ها و ولتاژهایی تولید می‌کنند که الگوی موج سینوسی معمولی که انتظار داریم را دنبال نمی‌کنند. برای اندازه‌گیری این مشکل، مهندسان به چیزی به نام «کل هارمونیک های اعوجاج» یا THD که مخفف آن است، توجه می‌کنند. عدد THD به آن‌ها می‌گوید که چقدر این امواج واقعاً از حالتی که باید داشته باشند منحرف شده‌اند. وقتی هارمونیک های اعوجاج در سیستم وجود دارد، باعث می‌شود تجهیزات مرکز داده کمتر به‌صورت کارآمد کار کنند و قابلیت اطمینان سیستم با گذشت زمان کاهش یابد. بیشتر مشکلات از قطعاتی مانند سرورهایی که همواره در حال کار هستند و یا واحدهای بزرگ UPS که در زمان قطع برق همه چیز را تغذیه می‌کنند، ناشی می‌شود. این اجزا به‌طور قابل‌توجهی به مشکلات اعوجاج موج کمک می‌کنند. آمار صنعت نشان می‌دهد که تقریباً یک چهارم از تمام مشکلات سیستم‌های الکتریکی به مشکلات هارمونیک های اعوجاج برمی‌گردد. به همین دلیل است که مدیران بسیاری از واحدها اکنون توجه بیشتری را به یافتن راه‌های خوب برای کاهش این اثرات نامطلوب معطوف کرده‌اند.

منابع رایج هارمونیک در تجهیزات مرکز داده

مراکز داده تولید زیادی از هارمونیک‌ها دارند، عمدتاً به این دلیل که با بارهای غیرخطی مانند سرورها، سیستم‌های پشتیبانی از برق (UPS) که همه از آن استفاده می‌کنیم و اینورترهای مختلف کار می‌کنند. در حالی که این تجهیزات باعث می‌شوند دنیای دیجیتال ما بدون وقفه کار کند، اما مشکلاتی برای سیستم‌های برقی ایجاد می‌کنند، زیرا جریان‌های هارمونیکی را افزایش می‌دهند. ویژگی دستگاه‌های غیرخطی این است که مانند وسایل سنتی، برق را در قالب موج‌های صاف مصرف نمی‌کنند و در نتیجه باعث تشدید جریان‌های هارمونیکی می‌شوند. تولیدکنندگان اخیراً توجه بیشتری به این مسئله کرده‌اند. تجهیزات جدیدی که اکنون وارد بازار می‌شوند دارای ویژگی‌هایی هستند که به طور خاص برای کاهش انتشار هارمونیک‌ها طراحی شده‌اند. شرکت‌ها در حال توسعه سیستم‌های بهتری از UPS هستند که هارمونیک کمتری تولید می‌کنند و همچنین شروع به ادغام راهکارهای کاهش هارمونیک در طراحی اولیه محصولات خود از ابتدا کرده‌اند، نه اینکه سعی کنند مشکل را بعداً حل کنند. این رویکرد به مقابله با مشکل رو به رشد جریان‌های هارمونیکی که به عملیات مراکز داده مدرن آسیب می‌زند، کمک می‌کند.

ریسک‌های هارمونیک بدون کاهش: گرمایش بیش از حد و قطع خدمات

هنگامی که هارمونیک‌ها کنترل نشوند، مشکلات جدی برای سیستم‌های برقی ایجاد می‌کنند. این هارمونیک‌ها منجر به گرم شدن تجهیزات می‌شوند و می‌توانند عملیات را کاملاً متوقف کنند. گرمای اضافی حاصل از جریان‌های هارمونیکی فشار زیادی بر سیستم‌های خنک‌کننده وارد می‌کند تا جایی که در نهایت کل سیستم دچار خرابی کامل می‌شود. گزارش‌های صنعتی نشان می‌دهند که شرکت‌ها هر ساله حدود 217 ساعت توقف به دلیل این مشکلات را تجربه می‌کنند که در بلندمدت هزینه‌های قابل توجهی را به همراه دارد. پیشگیری از مشکلات هارمونیکی قبل از تشدید آن‌ها بسیار مهم است. نصب فیلترهای هارمونیکی همراه با راهکارهای دیگر به حفظ قابلیت اطمینان سیستم‌ها و حفاظت از تجهیزات گران‌قیمت در برابر فرسودگی زودرس کمک می‌کند. مراکز داده به‌ویژه از این رویکرد بهره می‌برند، زیرا قطع‌های غیر برنامه‌ریزی شده به معنای از دست دادن درآمد و نارضایتی مشتریان است. مدیران هوشمند تاسیسات می‌دانند که سرمایه‌گذاری در مدیریت مناسب هارمونیک‌ها در حال حاضر، در آینده باعث صرفه‌جویی در هزینه‌ها و کاهش مشکلات می‌شود.

نقاط قوت فیلترهای کاهش هارمونیک در مرکز داده‌ها

جلوگیری از شکست تجهیزات و افزایش طول عمر

فیلترهای کاهش هارمونیک نقش مهمی در حفاظت از تجهیزات حساس مرکز داده در برابر خرابی‌های ناگهانی و افزایش طول عمر این سیستم‌ها ایفا می‌کنند. این فیلترها با کاهش اعوجاج هارمونیکی که می‌تواند منجر به مشکلات گرمایشی و سردرد‌های مختلف در سیستم‌های الکتریکی شود، عمل می‌کنند. مطالعات صنعتی نشان می‌دهند که با نصب مناسب این فیلترها، خرابی‌های تجهیزاتی تا حدوداً ۳۰٪ کاهش می‌یابد. در شرایط واقعی، مراکز داده‌ای که تمهیدات مناسب مدیریت هارمونیک را اعمال کرده‌اند، گزارش‌های زیادی از افزایش طول عمر تجهیزات خود به دلیل کاهش تنش در اجزای الکتریکی دارند. نصب این فیلترها از همان ابتدا از نظر کسب‌وکاری کاملاً منطقی است و بهره‌برداران مراکز داده را در راه‌اندازی مداوم و بدون مشکل سیستم‌ها یاری می‌دهد.

کاهش زیان‌های انرژی و بهبود عامل توان

فیلترهای هارمونیک به کاهش هدر رفت انرژی کمک می‌کنند و در عین حال عملکرد کلی سیستم‌های توزیع برق را بهبود می‌بخشند. ضریب توان در واقع معیاری از میزان بهره‌وری استفاده سیستم‌های الکتریکی از انرژی دریافتی از شبکه است و این فیلترها در تصحیح ضریب توان ضعیف تأثیر قابل توجهی دارند. شرکت‌هایی که چنین دستگاه‌هایی را نصب می‌کنند، اغلب شاهد کاهش هزینه‌های برق خود هستند، زیرا تجهیزاتشان به شیوه‌ای کارآمدتری انرژی مصرف می‌کنند. به عنوان مثال، کارخانه‌های تولیدی زیادی گزارش داده‌اند که پس از نصب راهکارهای مناسب فیلتر کردن، میزان ضریب توان خود را از حدود 0.8 به نزدیک به 0.95 افزایش داده‌اند. پولی که در هر ماه صرفه جویی می‌شود به سرعت جمع می‌شود، ضمن اینکه فواید زیست محیطی نیز وجود دارد، چرا که استهلاک کمتر برق به معنای استفاده کمتر از منابع برای تولید انرژی است که هرگز به خوبی مصرف نمی‌شود.

کاهش دوام با استقرار ولتاژ

ثبات ولتاژ در ادامه‌دار بودن عملیات مراکز داده اهمیت زیادی دارد و فیلترهای هارمونیک در این زمینه نقش بزرگی ایفا می‌کنند. این فیلترها با حفظ سطوح ولتاژ در وضعیت پایدار، از قطعی‌های غیرمنتظره که می‌تواند عملیات حیاتی را مختل کند جلوگیری می‌کنند. شواهد واقعی نشان می‌دهد که مراکز داده‌ای که این فیلترها را نصب کرده‌اند، معمولاً مدت زمان بیشتری آنلاین می‌مانند. برخی شرکت‌ها پس از نصب این فیلترها حدود 20 درصد افزایش در قابلیت اطمینان گزارش کرده‌اند. به این فکر کنید که در زمان نوسانات برق در یک ارائه‌دهنده خدمات ابری بزرگ چه اتفاقی می‌افتد — هر ثانیه از نظر مالی اهمیت دارد. برای کسب‌وکارهایی که به ارتباط مداوم متکل هستند، فیلترهای هارمونیک تنها یک گزینه خوب نیستند؛ بلکه این اجزای زیرساختی ضروری هستند که از قطعی خدمات جلوگیری می‌کنند. این سطح از قابلیت اطمینان به‌صورت مستقیم بر سود عملیاتی تأثیر می‌گذارد و مشتریان را با عملکرد پایدار از کاربردها و خدمات میزبانی‌شده راضی نگه می‌دارد.

چگونه فیلترهای هارمونیک کیفیت و کارایی توان را افزایش می‌دهند

نقش در سیستم‌های اصلاح عامل توان (PFC)

فیلترهای هارمونیک اجزای ضروری در سیستم‌های تصحیح ضریب توان (PFC) هستند، زیرا کارایی الکتریکی را افزایش می‌دهند و هزینه‌ها را کاهش می‌دهند. وظیفه اصلی این فیلترها، کاهش اعوجاج‌های هارمونیک است که مشکلاتی را در توان راکتیو ایجاد می‌کنند و باعث هدر رفتن انرژی الکتریکی می‌شوند. نصب این فیلترها در سیستم‌های PFC به ثبات ولتاژ تأمینی کمک می‌کند، به گونه‌ای که ضریب توان در محدوده مناسبی قرار داشته باشد و عملکرد بهینه‌ای داشته باشیم. ضریب توان بهتر به معنای کاهش انرژی هدر رفته و کاهش قابل توجه هزینه‌های عملیاتی در طول زمان است. به عنوان مثال، در مراکز داده، مدیران تاسیسات اغلب الزامات سفت و سختی برای این نوع اصلاح‌ها تعیین می‌کنند، نه تنها برای صرفه‌جویی در هزینه‌ها، بلکه برای رعایت استانداردهای ساختمان‌های سبز و الزامات شرکت‌های توزیع برق نیز. کارخانه‌های تولیدی نیز هنگامی که راهکارهای مناسب فیلتر کردن هارمونیک را در عملیات خود پیاده‌سازی می‌کنند، به بهره‌های مشابهی دست می‌یابند.

تعادل مصرف قدرت فعال و واکنشی

فیلترهای هارمونیک نقش کلیدی در حفظ تعادل مصرف توان اکتیو و راکتیو دارند؛ کاری که تفاوت اساسی در بهره‌وری از سیستم‌های انرژی ایجاد می‌کند. به زبان ساده، توان اکتیو همان چیزی است که در تجهیزات الکتریکی کار واقعی انجام می‌دهد، در حالی که توان راکتیو باعث ثبات سطح ولتاژ در سراسر شبکه می‌شود. زمانی که تعادل بین این دو به هم می‌خورد، ناکارآمدی و افزایش هزینه‌ها به سرعت آغاز می‌شود. واحدهایی که راهکارهای مناسب فیلتر کردن هارمونیک را پیاده می‌کنند، کنترل بهتری بر الگوهای مصرف انرژی خود پیدا می‌کنند. آزمایش‌های واقعی در کارخانه‌های تولیدی نشان می‌دهند که این فیلترها می‌توانند شاخص‌های کارایی کلی را به میزان قابل توجهی افزایش دهند. برای عملیات صنعتی بزرگ که به صورت ۲۴ ساعته کار می‌کنند، این موضوع به معنای صرفه‌جویی واقعی در قبض برق و همچنین کاهش تأثیرات محیطی ناشی از انتشار کربن کمتر در طول زمان است.

متقابله با استانداردهای تنظیمی IEEE 519 و دیگر استانداردها

رعایت استانداردهایی مانند IEEE 519 در حفظ کیفیت توان و جلوگیری از هزینه‌های گزاف ناشی از تخلف بسیار مهم است. این استانداردها در واقع حدی برای میزان گستره یا میزان اعوجاج هارمونیکی در سیستم‌های الکتریکی تعیین می‌کنند. وقتی شرکت‌ها از این محدودیت‌ها فراتر می‌روند، باعث می‌شوند تجهیزات زودتر از موعد دچار خرابی شوند و کارایی آن‌ها کاهش یابد. در اینجا است که فیلترهای هارمونیک وارد صحنه می‌شوند. این فیلترها به کسب‌وکارها کمک می‌کنند تا در چارچوب این مقررات بمانند و از بروز مشکلات انطباق قانونی که می‌تواند به اعتبار آن‌ها در بازار آسیب بزند، جلوگیری کنند. عدم رعایت این دستورالعمل‌ها فقط منجر به پیگرد مالی نمی‌شود، بلکه باعث می‌شود تجهیزات زودتر دچار خرابی شوند، هزینه‌های نگهداری افزایش یابد و تولید دچار اختلال گردد. برای بسیاری از عملیات‌های صنعتی، سرمایه‌گذاری روی فیلترهای هارمونیک مناسب فقط یک مسئله قانونی نیست، بلکه حفاظت از دارایی‌های ارزشمند و حفظ روند روزانه عملیات است.

انواع فیلترهای هارمونیک برای کاربردهای مرکز داده

فیلترهای هارمونیک فعال: تنظیم دینامیک بار

در مرکزهای داده مدرن، فیلترهای هارمونیک فعال به تجهیزات ضروری برای مدیریت بهره‌ورانه بارهای الکتریکی تبدیل شده‌اند. چیزی که این دستگاه‌ها را بسیار ارزشمند کرده، توانایی آنها در شناسایی و لغو کردن هارمونیک‌های ناخواسته به صورت زنده است، در حالی که به صورت خودکار با تغییر نیازهای الکتریکی در سراسر ساختمان تنظیم می‌شوند. این انعطاف‌پذیری به ویژه در مکان‌هایی که نیازهای برق به طور مداوم بین بارهای مختلف سرور و نیازهای خنک‌کننده تغییر می‌کنند، بسیار خوب عمل می‌کند. مزایا تنها به تامین بهتر برق ختم نمی‌شود. تیم‌های نگهداری و تعمیرات گزارش می‌دهند که در طول زمان مشکلات کمتری دارند و خاموشی‌های غیرمنتظره نیز کمتر رخ می‌دهد، چیزی که در مراکزی که سیستم‌های حیاتی را در خود جای داده‌اند بسیار مهم است. نگاهی به آینده نشان می‌دهد که سازندگان به طور مداوم این فیلترها را با گزینه‌های هوشمندانه‌تر ادغام نرم‌افزاری و ابزارهای تشخیصی پیشرفته بهبود می‌دهند که امکان پایش از راه دور عملکرد آنها را برای تکنسین‌ها فراهم می‌کند. با بهبودهای مداومی از این دست، فیلترهای هارمونیک فعال در قلب عملیات قابل اعتماد مراکز داده در صنایعی که به شدت به خدمات محاسباتی بدون وقفه متکی هستند، باقی می‌مانند.

فیلترهای غیرفعال: راه‌حل‌های اقتصادی برای بارهای ثابت

برای مدیریت بارهای الکتریکی پایدار در مراکز داده، فیلترهای غیرفعال ارزش خوبی از نظر هزینه به ارمغان می‌آورند. اصل کار بر این اساس است که سلف‌ها و خازن‌ها با هم کار کنند تا هارمونیک‌ها را در فرکانس‌های خاصی کاهش دهند، که به این ترتیب این فیلترها راه‌حل‌هایی ساده اما قابل اعتماد محسوب می‌شوند. یکی از مزایای برجسته، سادگی نصب و نگهداری آنهاست، چیزی که توضیح می‌دهد چرا بسیاری از مراکز داده با الگوهای بار ثابت به این گزینه روی می‌آورند. بر اساس تحقیقات بازار، حدود 58.4% از تمامی نصب‌های فیلتر کننده هارمونیک در سال 2024 از نوع غیرفعال بوده‌اند، که نشان می‌دهد چقدر این فناوری در سراسر صنعت پذیرفته شده است. ما استفاده گسترده از این فیلترها را در سیستم‌های UPS و تجهیزات VFD در مراکز داده بزرگ مشاهده می‌کنیم، جایی که حفظ یک تأمین برق پاک برای عملیات بحری است.

سیستم‌های ترکیبی: ترکیب انعطاف‌پذیری و کارایی

سیستم‌های فیلتر ترکیبی عناصری از فناوری‌های فعال و غیرفعال را با هم ترکیب می‌کنند و این امکان را فراهم می‌کنند که با انواع بارهای الکتریکی به صورت انعطاف‌پذیرتری برخورد شود. این سیستم‌ها می‌توانند با هر نوع اعوجاج هارمونیکی از جمله مشکلات جزئی تا جدی در شکل موج ولتاژ کار کنند و بنابراین برای تسهیلاتی که نیاز به تغذیه با شرایط متغیر دارند و یا حتی مواردی با نیازهای ثابت مناسب هستند. قابلیت برجسته‌ی این سیستم‌ها، توانایی تنظیم خودکار آن‌ها نسبت به شرایط شبکه است که بدون افزایش چندانی در هزینه‌های عملیاتی انجام می‌شود. پیاده‌سازی‌های واقعی این سیستم‌ها بهبود قابل توجهی را در کاهش اتلاف انرژی و همچنین بهبود شاخص‌های کیفیت توان به مرور زمان نشان داده‌اند. با رشد سریع زیرساخت‌های مرکز داده در سراسر جهان، مدیران بسیاری از تسهیلات به سیستم‌های فیلتر ترکیبی به عنوان یک سرمایه‌گذاری هوشمندانه برای دستیابی به قابلیت اطمینان بلندمدت در تامین انرژی و مسئولیت‌پذیری محیطی روی آورده‌اند.

Besparingen op lange termijn en operationele voordelen

کاهش هزینه‌های نگهداری و جایگزینی

حذف هارمونیک‌ها تأثیر زیادی در کاهش نیاز به تعمیرات و تعویض تجهیزات در مراکز داده دارد. وقتی شرکت‌ها به درستی این اختلالات الکتریکی را فیلتر می‌کنند، تجهیزاتشان کمتر دچار خرابی می‌شوند. ما شاهد این موضوع در چندین مرکز داده بوده‌ایم که از فناوری کاهش هارمونیک استفاده کردند. پس از اجرای این راهکار، هزینه‌های تعمیراتی به طور قابل توجهی کاهش یافت. دوام بیشتر تجهیزات به این معنی است که نیازی به تعویض مکرر نیست و این دو روش صرفه‌جویی مالی ایجاد می‌کند: یکی اینکه سخت‌افزار طولانی‌تر کار می‌کند و دیگر اینکه هزینه کمتری برای قطعات جدید صرف می‌شود. اگر نگاهی کلی داشته باشیم، بیشتر مدیران تاسیسات می‌گویند که هزینه کردن روی راهکارهای خوب کاهش هارمونیک فقط برای صرفه‌جویی در هزینه‌های اولیه نیست. در واقع، مقصود ایجاد زیرساختی پایدارتر است که در طول زمان با کاهش زمان توقف و هزینه‌های تعمیر، خودش را پس می‌دهد.

بهینه‌سازی مصرف انرژی برای پایداری

مراکز داده که به دنبال کاهش مصرف برق هستند می‌توانند از رفع مشکلات هارمونیک بهره‌مند شوند که این امر باعث می‌شود عملیات آن‌ها به سمت عملیات سبزتری حرکت کند. وقتی این سایت‌ها مشکلات مربوط به هارمونیک‌های الکتریکی را رفع می‌کنند، در واقع مقدار قابل توجهی انرژی صرفه‌جویی می‌کنند. برخی از موارد واقعی نشان می‌دهند که نصب فیلترهای هارمونیک در برخی مکان‌ها باعث صرفه‌جویی بین ۱۰ تا حتی ۳۰ درصد در هزینه‌های انرژجی شده است، هرچند نتایج به شدت به این بستگی دارد که مشکل هارمونیک در ابتدا چقدر شدید بوده و چه نوع راه‌حل‌هایی اعمال شده است. فراتر از کاهش صورت‌حساب‌ها، یک مزیت بزرگ دیگر نیز وجود دارد و آن این است که با کمتر شدن استفاده کلی از برق، انتشار کربن نیز کاهش می‌یابد. بنابراین در حالی که پیشبرد سبک زندگی سبز همچنان اهمیت دارد، رفع مشکلات هارمونیک اکنون می‌تواند به سازگاری با آینده‌ای که شاید با قوانین محیط زیستی سخت‌گیرانه‌تری همراه باشد، کمک کند.

تحلیل بازده سرمایه‌گذاری: سرمایه‌گذاری مقابل صرفه‌جویی‌های عملیاتی

هنگام بررسی اینکه آیا کاهش هارمونیک از نظر مالی مقرون به صرفه است یا خیر، انجام تحلیل ROI واقعاً اهمیت دارد. واحدها باید هزینه‌های اولیه خود را با میزان پس‌اندازی که در طول زمان انجام می‌دهند مقایسه کنند. به عنوان مثال، فیلترهای هارمونیک را در نظر بگیرید. البته این فیلترها در ابتدا هزینه‌بر هستند، اما بسیاری از مکان‌ها متوجه می‌شوند که صرفه‌جویی در هزینه‌ها را معمولاً در عرض ۱۸ تا ۲۴ ماه پس از نصب شروع می‌کنند. چه چیزهایی از نظر مالی باید مورد توجه قرار گیرد؟ کاهش صورت‌های برق، کمتر شدن تعمیرات و طولانی‌تر شدن عمر تجهیزات از جمله مواردی هستند که به ذهن می‌رسد. مدیران مراکز داده که این نوع از ارقام را دنبال می‌کنند تصویری روشن‌تر از نحوه خروج هزینه‌های خود به دست می‌آورند. این موضوع به آن‌ها کمک می‌کند تا تصمیم بگیرند که سرمایه‌گذاری در زمینه کاهش هارمونیک در بلندمدت واقعاً پرداختی توجیه‌پذیر است یا تنها یک ردیف دیگر در صورت هزینه‌های بودجه محسوب می‌شود.