2025年谐波与功率因数的重要性-.docxVIP

[编号ODCC-2025-02007]

谐波与功率因数的重要性

2025年9月

编写团队

项目经理：

赵贤强

谷轮环境科技（苏州）有限公司

工作组长:

李代程

百度在线网络技术（北京）有限公司

贡献专家:

曾荡

季磊

白万

严峻良

汪大卫

许海进

王继红

王舜

曾荡

王月

张佳琪

谷轮环境科技（苏州）有限公司

谷轮环境科技（苏州）有限公司

谷轮环境科技（苏州）有限公司

谷轮环境科技（苏州）有限公司

谷轮环境科技（苏州）有限公司南京佳力图机房环境技术股份有限公司

无锡同方人工环境有限公司

贺斯特科技有限公司

谷轮环境科技（苏州）有限公司

中国信息通信研究院

中国信息通信研究院

前言

随着时代的发展，算力作为全社会数字化、智能化转型的工业粮

食，而数据中心作为5G、人工智能、云计算、AIGC（生成式人工智

能）、大模型应用等新一代信息和通信技术的重要载体，已经成为数

字经济时代的基石，具有空前重要的战略地位。

随着数据中心的设备的增多，同时算力的加大，数据中心的发热

量也大幅提升，为了保证服务器正常工作，精密空调就变得尤为重要。

因为服务器的发热量增加，原来传统的空调的单位制冷量已经无法满

足现今数据中心的温控要求，故而精密空调的制冷量和电能的需求也

会大幅提升，如果我们依然保持原有的考核标准，整个机房中的谐波

也会变得大幅提高，严重时会导致服务器宕机。

在此背景条件下，我们提出了谐波与功率因数的重要性这个话题

展开研究，为数据中心的电源质量提供保障。

目录

一、谐波与功率因数的基本理论 1

（一）谐波的危害 1

（二）谐波抑制的理论方法 2

（三）谐波与功率因数的关系 3

二、谐波抑制效果的评价方法 4

（一）现今的谐波效果评估方法 4

（二）改善后的谐波效果评估方法 5

三、未来抑制谐波的展望 9

（一）老旧设备更新换代的方式 9

（二）全新建设机房的处理方式 10

图目录

图1谐波对功率因数的影响 4

图2接线示意图 5

图3功能示意图 6

图4输入电流与谐波总理、功率因数关系图 7

图5电源结构拓扑示意图 9

图6方案示意图 10

图7改进电源拓扑示意图 10

图8结构拓扑图 11

表目录

表1谐波抑制方法 3

表2考核等级 4

表3两种方案对比表 6

表4改善后考核方式 8

表5限制值参考表 9

谐波与功率因数的重要性研究报告（ODCC-2025-02007）

1

一、谐波与功率因数的基本理论

（一）谐波的危害

谐波是指频率为基波频率整数倍的电压或者电流成分，通常由非

线性负载产生，例如，在整个数据中心的空调设备中，变频器，变频

压缩机，变频风机，变频氟泵等都会产生一定的谐波，随着AI的诞

生，数据中心对应算力的提升，对应用于降温的精密空调的冷量越来

越大，功率也越来越大，而由空调系统产生的谐波也越来越大，从而

迫使我们对谐波也有更高的抑制要求。

谐波在电力系统中容易对电力设备造成如下危害：

变压器过热：谐波电流会导致铁芯和绕组中产生附加损耗（涡流，

磁滞损耗等），因为造成输入功率因数的下降，带来线路传输上面的

热损也会增加甚至因为过热而损坏。

电缆绝缘老化：谐波电流的集肤效应会增加电缆发热，从而加速

电缆表面的绝缘层的老化，严重情况下甚至会发生火灾或者短路。

电容器损坏：谐波可能引起电容器谐振，导致电流畸变或者电压

畸变，从而引发过电流或者过电压，严重会让电容器鼓包，熔断甚至

爆炸。

电机效率下降：谐波会导致电机振动加剧，温升增加，降低输出

转矩和寿命。

电网电压畸变：谐波污染会导致输入电压的失真，从而影响整个

电网中其他设备的正常运行。

中性线过载：谐波中的奇次谐波会在中性线叠加，可能导致中性

2

线的电流超过相电流，引起过电流误报警或者是过热引起火灾。

谐振问题：谐波会在系统中与电容/电感形成相互的谐振，从而导

致电压或者电流的畸变，从而系统中引起局部的过电压或者过电流。

对于我们数据中心而言，服务器设备本身就是比较精密的设备，

当谐波畸变严重时，会导致服务器的电源质量下降，甚至会导致服务

器短时间宕机，以及对于大数据的传输过程中形成干扰，导致数据传

输的错误。这是数据中心不可接受的危害。

从经济性的角度上考虑，因为谐波的上升，会导致功率因数的下

降，在一定的功率下，线路上的电流会增加，从而导致线路的热损失

会增加，电功率的利用率就会下降，导致了电费上升。因为热损失以

及电流变大，会导致设备以及电缆的寿命也会下降，从而缩短了更换

设备的周期，提高了更换成本。

（二）谐波抑制的理论方法

目前对于数据中心的精