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UPS電源與柴油發(fā)電機(jī)組接口兼容分析
發(fā)布時(shí)間:2023-09-08 14:28:23  ▏閱讀:

 

 

新聞主題

UPS電源與柴油發(fā)電機(jī)組接口兼容分析

 

摘要:UPS是為關(guān)鍵負(fù)載提供交流不間斷電源的設(shè)備。柴油發(fā)電機(jī)組制造商很早就已經(jīng)注意到柴發(fā)與UPS之間的配合問題,特別是由整流器產(chǎn)生的電流諧波對(duì)供電系統(tǒng)如發(fā)電機(jī)組的電壓調(diào)節(jié)器、UPS的同步電路產(chǎn)生的不良影響非常明顯。因此,康明斯公司設(shè)計(jì)了輸入濾波器并把其應(yīng)用到UPS中,成功地在UPS應(yīng)用中控制了電流諧波。這些濾波器對(duì)UPS與發(fā)電機(jī)組的兼容性起到了關(guān)鍵作用。康明斯公司在本文對(duì)UPS與柴油發(fā)電機(jī)組不兼容問題的原因從原理上進(jìn)行了詳細(xì)的分析,并提出了相應(yīng)的對(duì)策和建議。

 

一、概述

 

      UPS是為關(guān)鍵負(fù)載提供交流不間斷電源的設(shè)備。市電正常時(shí),UPS從市電獲得能源,經(jīng)過適當(dāng)?shù)碾娏ψ儞Q和調(diào)節(jié)(最典型的是整流/逆變雙變換),消除市電線路的各種干擾,從而為負(fù)載提供穩(wěn)定可靠的交流電源。市電停電時(shí),UPS利用內(nèi)部蓄電池的儲(chǔ)能,經(jīng)逆變器不間斷地供給負(fù)載穩(wěn)定可靠的交流電源。但蓄電池的儲(chǔ)能一般只能供電10~30 min。對(duì)于市電長(zhǎng)時(shí)間停電,雖然可以采用大容量蓄電池.但保護(hù)時(shí)間仍然是有限的,而且大容量蓄電池是十分昂貴的。目前國(guó)內(nèi)外普遍認(rèn)為,大、中功率的UPS系統(tǒng)采用大容量蓄電池并不是經(jīng)濟(jì)合理的方法,只有在非常特殊的情況下才推薦采用大容量蓄電池。

      因此,市電長(zhǎng)時(shí)間停電時(shí),一般需要由備用柴油發(fā)電機(jī)為UPS提供交流輸入電源。然而,許多現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明,UPS和備用柴油發(fā)電機(jī)兩者一起運(yùn)行時(shí)存在一些不兼容的問題。當(dāng)采用較小功率的柴油發(fā)電機(jī)、UPS是柴油發(fā)電機(jī)的惟一負(fù)載或者最大負(fù)載的時(shí)候,就可能會(huì)出現(xiàn)不同程度的異常現(xiàn)象或故障。例如,柴油發(fā)電機(jī)給UPS供電時(shí),出現(xiàn)輸出電壓、頻率不穩(wěn);輸出電壓嚴(yán)重失真,UPS在由柴油發(fā)電機(jī)供電時(shí)不能與柴油發(fā)電機(jī)的輸出電壓同步;UPS的關(guān)鍵負(fù)載不能轉(zhuǎn)換至由旁路電源供電等。這些接口問題發(fā)生后,往往不易找出原因和解決辦法。為此.有必要了解柴油發(fā)電機(jī)的工作與UPS輸人技術(shù)指標(biāo)的關(guān)系,然后有針對(duì)性地采取措施。

      目前,應(yīng)用的UPS主要分為線交互UPS(如圖1)、備用UPS(如圖2)、雙變換UPS等3種類型,外加一種20世紀(jì)90年代出現(xiàn)的Delta變換UPS。其中,與柴油發(fā)電機(jī)組不兼容問題最突出的是雙變換UPS。備用UPS、線交互UPS和Delta變換UPS與柴油發(fā)電機(jī)組不兼容問題比較簡(jiǎn)單,在應(yīng)用中并不是十分突出。而雙變換UPS與柴油發(fā)電機(jī)組不兼容問題要復(fù)雜得多,可能會(huì)出現(xiàn)各種各樣的異常現(xiàn)象,對(duì)供電系統(tǒng)的影響也更嚴(yán)重。

 

在線線交互UPS電源構(gòu)成圖解.png

圖1  在線線交互UPS電源構(gòu)成圖解

后備式UPS電源工作原理圖.png

圖2  后備式UPS電源工作原理圖

 

二、雙變換UPS的基本概念

 

      雙變換UPS供電系統(tǒng)由整流器/充電機(jī)、蓄電池、逆變器、靜態(tài)開關(guān)和手動(dòng)維修旁路開關(guān)組成。工作原理如圖3所示

1、整流器/充電機(jī)

      將交流輸入電源(市電或備用柴油發(fā)電機(jī)組)整流為直流電源,供給逆變器,同時(shí)給蓄電池充電或浮充電。

2、蓄電池

      在交流輸入電源故障時(shí),為逆變器提供備用直流電源。

3、逆變器

      將整流器或蓄電池的直流電源逆變?yōu)榉€(wěn)定可靠的高質(zhì)量的交流電源,供給重要負(fù)載。

4、靜態(tài)開關(guān)

      UPS本身故障時(shí),用以不間斷地將負(fù)載從逆變器轉(zhuǎn)換到交流輸入電源(經(jīng)旁路輸人開關(guān))。

5、維修旁路

      UPS維修時(shí),用以將負(fù)載從逆變器轉(zhuǎn)換到交流輸入電源(經(jīng)旁路輸人開關(guān))。

6、雙變換UPS工作方式

(1)正常方式:

      整流器/充電機(jī)由市電供電,將交流電變?yōu)橹绷麟姡?/span>逆變器由整流器/充電機(jī)供電,將直流電變?yōu)榻涣麟姡?/span>負(fù)載由逆變器供電。因?yàn)樨?fù)載功率經(jīng)過了兩次變換,所以稱為雙變換UPS。

(2)備用方式:

      市電短時(shí)間停電時(shí),逆變器由蓄電池供電,負(fù)載由逆變器供電;市電長(zhǎng)時(shí)間停電時(shí),整流器/充電機(jī)由備用柴油發(fā)電機(jī)供電,逆變器由整流器/充電機(jī)供電,負(fù)載由逆變器供電。

(3)旁路方式

      負(fù)載直接由交流輸入電源供電(經(jīng)旁路輸入開關(guān)),電路如圖4所示。

 

雙變換在線式UPS電源工作原理圖.jpg

圖3  雙變換在線式UPS電源工作原理圖

雙變換UPS工作電路框圖.png

圖4  雙變換UPS工作電路框圖

 

三、雙變換UPS的輸入諧波電流和“換相凹口”

 

      雙變換UPS被認(rèn)為是性能最好、應(yīng)用范圍最廣、使用數(shù)量最多的UPS。50~500 kW的雙變換UPS一般都采用6脈沖可控硅(SCR)相控整流器,這些整流器內(nèi)部的可控硅元件在每個(gè)電源周期內(nèi)輪流導(dǎo)通,每個(gè)可控硅導(dǎo)通1/3周期。由于換相時(shí)連接在交流輸入電源不同相線上的兩個(gè)可控硅在極短的時(shí)間內(nèi)同時(shí)導(dǎo)通,造成瞬時(shí)相間短路,所以在交流電源電壓波形上造成了所謂“換相凹口”。此外,當(dāng)某個(gè)可控硅被觸發(fā)導(dǎo)通時(shí),交流電源相應(yīng)的相電壓就突然加到直流側(cè)的濾波電感上,使交流電源的該相電流突然上升。由于濾波電感足夠大,電流基本保持恒定,直到下一個(gè)可控硅被觸發(fā)導(dǎo)通,結(jié)果形成了脈沖式的交流輸入電流。這種電流波形包含大量的諧波電流,諧波的存在使得波形發(fā)生失真,諧波失真的程度用總諧波失真(THD)(所有諧波頻率電流之和與基波頻率電流的比值)表示。輸入端采用6脈沖整流器的雙變換UPS輸入電流的THD為30%以上,主要含有5次、7次、11次、13次、17次、19次諧波。采用12脈沖整流器的雙變換UPS輸入電流的THD為10%左右,主要含有11次、13次、23次和25次諧波。

      下面的分析可以表明,交流輸入電源電壓波形上的“換相凹口”和輸入諧波電流是造成UPS和柴油發(fā)電機(jī)接口問題的主要原因。

1、諧波電流和“換相凹口”對(duì)柴油發(fā)電機(jī)的影響

(1)引起電壓失真

      在交流電源系統(tǒng)中,非線性負(fù)載可以等效為一個(gè)線性負(fù)載和一系列的諧波電流源(對(duì)應(yīng)于各個(gè)諧波頻率電流)。可以認(rèn)為,連接到交流電源的非線性負(fù)載從交流電源吸取基波電流并向交流電源反饋各種頻率的諧波電流。諧波電流流過電源的內(nèi)阻(對(duì)各次諧波電流的阻抗)時(shí)將產(chǎn)生各次諧波電壓。

      電源輸出電壓等于基波電壓與諧波電壓的向量和,諧波電壓疊加在基波上必然引起電源電壓波形失真。電源電壓波形失真與負(fù)載諧波電流和電源內(nèi)阻有關(guān),負(fù)載諧波電流和電源內(nèi)阻越大,電源電壓波形失真越大。因此應(yīng)盡力減小負(fù)載諧波電流和電源內(nèi)阻。

      柴油發(fā)電機(jī)的內(nèi)阻比市電電源大,在給線性負(fù)載供電時(shí),輸出電壓波形為正弦波。但是當(dāng)帶有非線性負(fù)載時(shí),由于它的內(nèi)阻較大,輸出電壓波形會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重失真。

(2)配電損耗增大

      諧波電流在配電系統(tǒng)中流動(dòng)時(shí),會(huì)使柴油發(fā)電機(jī)繞組發(fā)熱,導(dǎo)致可靠性和壽命降低。

(3)輸出電壓不穩(wěn)

      發(fā)電機(jī)都采用自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器(AVR)調(diào)節(jié)輸出電壓,AVR實(shí)時(shí)監(jiān)視輸出電壓,根據(jù)輸出電壓的變化控制發(fā)電機(jī)的激磁,以保持輸出電壓的穩(wěn)定。當(dāng)采用由SCR接通和斷開激磁電源的AVR時(shí),如果發(fā)電機(jī)帶UPS負(fù)載,由于發(fā)電機(jī)輸出電壓波形失真(包括電壓波形的換相凹口),AVR可能會(huì)錯(cuò)誤地?cái)嚅_激磁電流,從而造成發(fā)電機(jī)的輸出電壓降低。AVR根據(jù)降低的電壓對(duì)激磁電流進(jìn)行補(bǔ)償,必然使輸出電壓升得太高。接著AVR又根據(jù)升高的電壓控制激磁電流,使輸出電壓下降,結(jié)果造成輸出電壓不穩(wěn)和系統(tǒng)故障。

(4)功率因數(shù)降低

      因?yàn)閁PS輸入端的整流器/充電機(jī)是交流輸入電源的非線性負(fù)載,輸入電流含有諧波成分,諧波電流產(chǎn)生的失真功率,會(huì)使視在功率增大,因?yàn)槿Q于基波電流的有功功率是固定的,所以功率因數(shù)下降。交流電源給UPS供電時(shí),需要供出額外的視在功率。

2、柴發(fā)電壓不穩(wěn)和波形失真對(duì)UPS的影響

(1)蓄電池完全耗盡和UPS關(guān)機(jī):柴油發(fā)電機(jī)輸出電壓波形嚴(yán)重失真時(shí),UPS的可控硅整流器根本不能正常工作,UPS的檢測(cè)電路判定為交流輸人電源質(zhì)量不合格或故障,強(qiáng)迫UPS轉(zhuǎn)換到蓄電池備用能源,經(jīng)逆變器為負(fù)載供電。當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)換到蓄電池時(shí),柴油發(fā)電機(jī)變?yōu)榭蛰d,輸出電壓波形失真消失。當(dāng)UPS恢復(fù)由柴油發(fā)電機(jī)供電時(shí),柴油發(fā)電機(jī)輸出電壓波形失真重新出現(xiàn),這將導(dǎo)致UPS再次轉(zhuǎn)換到由蓄電池供電。以上過程將以一定的時(shí)間間隔無(wú)限制地循環(huán)下去,直到蓄電池的儲(chǔ)能完全耗盡,致使UPS最后關(guān)機(jī)。

(2)旁路電源不可用:柴油發(fā)電機(jī)輸出電壓波形失真可能被UPS檢測(cè)電路判定為旁路交流輸入電源質(zhì)量不合格或存在故障,柴油發(fā)電機(jī)輸出電壓不穩(wěn)也會(huì)影響UPS與旁路電源的同步,引起“旁路不可用”的告警。因此,在UPS設(shè)備有故障時(shí),不可能轉(zhuǎn)換到旁路電源(柴油發(fā)電機(jī))應(yīng)急供電,降低了系統(tǒng)的可靠性。

 

四、UPS和柴發(fā)接口問題的解決途徑

 

      UPS和柴油發(fā)電機(jī)接口問題涉及到UPS和柴油發(fā)電機(jī)兩個(gè)自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng),兩者接口時(shí)出現(xiàn)的不兼容的問題是兩個(gè)系統(tǒng)相互作用的結(jié)果。可以在其中一個(gè)系統(tǒng)或兩個(gè)系統(tǒng)內(nèi)采取適當(dāng)措施予以解決。

      過去,一般是在柴油發(fā)電機(jī)上想辦法,最常用的方法是將柴油發(fā)電機(jī)降容使用,以減小諧波失真和繞組發(fā)熱。該種方法是根據(jù)不同柴油發(fā)電機(jī)的具體情況將柴油發(fā)電機(jī)容量加大到UPS容量的2~5倍。柴油發(fā)電機(jī)相對(duì)于UPS的容量越大,柴油發(fā)電機(jī)輸出電壓失真越小,但工程投資越大。因此.這是非常昂貴的方法,而且也不能保證UPS和柴油發(fā)電機(jī)組的完全兼容;另外,柴油發(fā)電機(jī)組的欠載還會(huì)引出柴油發(fā)電機(jī)組運(yùn)行維護(hù)方面的問題。因此,不宜過分追求電壓波形失真小,一般將柴油發(fā)電機(jī)輸出電壓失真減小到10%~15%即可保證UPS和柴油發(fā)電機(jī)的正常運(yùn)行。

      20世紀(jì)90年代以來(lái),人們對(duì)電源系統(tǒng)諧波電流越來(lái)越重視,一些國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)對(duì)一般配電系統(tǒng)的諧波電流提出了限制。為了滿足國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的要求,許多UPS廠商致力于減小UPS輸入端相控整流器產(chǎn)生的諧波電流的研究,并采用了比較有效的、低成本的解決辦法。IEEE std 519要求商業(yè)和工業(yè)用戶向公共電源系統(tǒng)反饋的最大總諧波失真(TDD)應(yīng)小于5%,其中11次下的諧波為4%,11~17次諧波為2%,17~23次諧波為1.5%,23~35次諧波為0.6%,35次以上的諧波為0.3%。如果UPS的輸入諧波電流達(dá)到了這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)要求,UPS與柴油發(fā)電機(jī)的兼容性問題就徹底解決了。

1、對(duì)雙變換UPS輸入諧波電流的控制

      減小雙變換UPS輸入諧波電流的方法主要有在整流器輸入端串聯(lián)電感、在整流器輸入端加LC無(wú)源濾波器、12脈沖濾波器和總諧波控制有源濾波器。

(1)串聯(lián)電感

      在交流輸入電源(柴油發(fā)電機(jī))和UPS的輸入端之間加上一個(gè)電感LF,可以衰減各次諧波。假設(shè)發(fā)電機(jī)和電纜的總電感為L(zhǎng)S,那么LF和LS構(gòu)成的分壓電路,可將發(fā)電機(jī)輸出端的電壓失真減小為UPS輸人端電壓失真的LS/(LS+LF)。

      這是最簡(jiǎn)單和最經(jīng)濟(jì)的方法,但是抑制諧波的效果有限,而且體積較大。

(2)LC無(wú)源濾波器

      LC無(wú)源濾波器由電感L和電容C組成的LC無(wú)源濾波器與整流器并聯(lián),這個(gè)濾波器設(shè)計(jì)對(duì)幅度最大的5次諧波(250 Hz)電流的阻抗為零,對(duì)7次諧波(350 Hz)電流的阻抗也很低。因此,5次諧波電流和大部分7次諧波電流都流經(jīng)濾波器,不會(huì)流向發(fā)電機(jī),引起發(fā)電機(jī)輸出電壓的失真。

      這種方法比較簡(jiǎn)單,濾波效果也很好,諧波電流總諧波失真(THDI)可以減小到5%。

(3)12脈沖濾波器

      12脈沖濾波器就是采用12脈沖整流器。12脈沖整流器是由兩個(gè)相差30°的6脈沖整流器組成的。由兩個(gè)6脈沖整流器產(chǎn)生的諧波電流在整流變壓器輸人端疊加,消除了6脈沖整流器輸入電流含有的較低次諧波(5次、7次、17次、19次),使其輸入電流中僅含有11次、13次、23次、25次諧波。THDI降低為10%左右。

       這種濾波效果比LC無(wú)源濾波器的效果差,但(THDI)控制得比較低,可以避免發(fā)電機(jī)發(fā)熱問題,一般說來(lái),基本可以保證UPS與柴油發(fā)電機(jī)兼容。然而,這個(gè)方法的缺點(diǎn)是電路復(fù)雜、成本高、體積大。

(4)總諧波控制有源濾波器

      總諧波控制有源濾波器通過檢測(cè)整流器輸入電流諧波,濾波器輸出與整流器諧波電流大小相同、相位相反的諧波電流。這樣,交流電源只需要供給整流器基波電流。

      總諧波控制有源濾波器是最有效的濾波器,可以做到UPS輸入(THDI)小于4%,而且功率因數(shù)可以提高到0.95~0.98(同時(shí)相移功率因數(shù)也得到改善)。但是,由于總諧波控制有源濾波器價(jià)格昂貴,目前主要用在大型UPS中。

2、UPS和柴發(fā)接口的新問題

       上述控制UPS諧波電流的方法各有優(yōu)缺點(diǎn),可以應(yīng)用在不同的UPS設(shè)備中。其中無(wú)源濾波器的濾波性能較好、成本較低,在UPS中應(yīng)用最多。值得提出的是,無(wú)源濾波器雖然成功地抑制了諧波電流,但有時(shí)會(huì)引起UPS和柴油發(fā)電機(jī)新的不兼容問題,因此在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)必須給予足夠的重視。下面討論無(wú)源濾波器對(duì)UPS和柴油發(fā)電機(jī)兼容性的影響。

(1)無(wú)源濾波器對(duì)功率因數(shù)的影響

      采用無(wú)源濾波器除了成功地抑制了諧波電流外,還有一個(gè)附加的好處就是提高了UPS的輸入功率因數(shù)。

      由于UPS在輕載時(shí)輸入諧波電流對(duì)交流電源系統(tǒng)的影響很小,甚至可以忽略,無(wú)源濾波器的設(shè)計(jì)一般主要考慮UPS滿載時(shí)輸入諧波電流抑制和改善輸入功率因數(shù)的性能。因此,有無(wú)源濾波器的UPS在空載和輕載時(shí)往往呈現(xiàn)特別低的超前功率因數(shù)。

       這種情況對(duì)UPS系統(tǒng)輸出和負(fù)載沒有什么影響,對(duì)市電變電站的變壓器和配電系統(tǒng)也沒有什么影響。但是,柴油發(fā)電機(jī)給超前功率因數(shù)的負(fù)載(電容性負(fù)載)供電時(shí)可能會(huì)由于輸出電壓過高或無(wú)激磁而關(guān)機(jī),給供電系統(tǒng)造成嚴(yán)重故障。這是由于無(wú)源濾波器存在而導(dǎo)致的UPS和柴油發(fā)電機(jī)不兼容的新問題。下面分析這種新的不兼容問題產(chǎn)生的原因。

(2)產(chǎn)生原因

      為了說明上述新的不兼容問題產(chǎn)生的原因,我們首先分析柴油發(fā)電機(jī)運(yùn)行特性與其負(fù)載性質(zhì)的關(guān)系。圖5是柴油發(fā)電機(jī)供電系統(tǒng)簡(jiǎn)化電路圖。V1是發(fā)電機(jī)的電勢(shì),V1的大小取決于發(fā)電機(jī)的激磁電流。ZS是發(fā)電機(jī)定子繞組的阻抗(由電感和電阻元件組成),ZL是負(fù)載阻抗,Vs是發(fā)電機(jī)的輸出電壓,I是負(fù)載電流。

      負(fù)載ZL可能為各種不同性質(zhì)的負(fù)載。圖2(a)是發(fā)電機(jī)給純電感性負(fù)載供電時(shí)的向里圖。其中,電流I滯后于發(fā)電機(jī)輸出電壓Vs90°,電流I流過定子繞組產(chǎn)生的壓降表示為IxZL。因?yàn)槎ㄗ幼杩拱娮韬碗姼袃蓚€(gè)分量,這個(gè)定子阻抗壓降實(shí)際上是兩個(gè)小的電壓向量的和(與電流同相的電阻壓降VR和超前電流90°的電感壓降VL)。因?yàn)榘l(fā)電機(jī)的電勢(shì)必須等于發(fā)電機(jī)內(nèi)部阻抗和外部負(fù)載阻抗的壓降之和,所以發(fā)電機(jī)的電勢(shì)向量V1等于發(fā)電機(jī)輸出電壓Vs和IxZS的向量和。因此,可以通過電壓調(diào)節(jié)器改變發(fā)電機(jī)電勢(shì)V1有效地控制發(fā)電機(jī)輸出電壓VS。 

      圖6(b)是發(fā)電機(jī)給純電容性負(fù)載供電時(shí)的向量圖。其中,電流向量I超前于電壓向量Vs90°,內(nèi)部壓降IxZS的相位與電感性負(fù)載時(shí)相反,結(jié)果向量Vs和IxZS合成的向量V1比Vs小。也就是說,很小的電勢(shì)V1就能產(chǎn)生很大的輸出電壓VS

      在這種情況下,為了維持發(fā)電機(jī)輸出電壓Vs恒定,電壓調(diào)節(jié)器必須大大地減小轉(zhuǎn)子激磁電流以減小發(fā)電機(jī)電勢(shì)V1。但是,電壓調(diào)節(jié)器不可能有足夠的調(diào)節(jié)范圍完全控制輸出電壓。因?yàn)榘l(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子都有一定的剩磁,即使電壓調(diào)節(jié)器完全關(guān)閉,仍有足夠的磁場(chǎng)產(chǎn)生輸出電壓。這將導(dǎo)致輸出過壓或者電壓調(diào)節(jié)器關(guān)閉,最終使發(fā)電機(jī)關(guān)機(jī)。因此,柴油發(fā)電機(jī)帶電容性負(fù)載時(shí)不能正常工作。

      值得注意的是,圖6(b)的情況是實(shí)際存在的。在某些系統(tǒng)中,UPS是市電停電期間加到備用發(fā)電機(jī)上的第一個(gè)負(fù)載,UPS本身有軟啟動(dòng)功能,可以在很短的時(shí)間逐漸將負(fù)載加到備用發(fā)電機(jī)上。而UPS的輸人濾波器是固定接在UPS輸人端的,在UPS啟動(dòng)過程中輸入電流呈現(xiàn)很強(qiáng)的電容性或UPS具有超前功率因數(shù)。

      因此,要解決上述問題,必須對(duì)UPS在空載和輕載時(shí)的輸入功率因數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)。

(3)解決方法

      可以采用下列幾種方法對(duì)UPS空載和輕載時(shí)的輸人功率因數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié):

① 備用柴油發(fā)電機(jī)啟動(dòng)運(yùn)行后,將其他的感性負(fù)載(如空調(diào)設(shè)備)先于UPS設(shè)備加到發(fā)電機(jī)上。

② 在發(fā)電機(jī)上或發(fā)電機(jī)配電屏上加上一個(gè)補(bǔ)償電抗器。這個(gè)電抗器可以調(diào)節(jié)UPS空載和輕載時(shí)的功率因數(shù),但也會(huì)影響大負(fù)載時(shí)UPS的功率因數(shù)。

③ 在每個(gè)UPS設(shè)備上加一個(gè)補(bǔ)償電抗器,僅補(bǔ)償本UPS產(chǎn)生的超前功率因數(shù)。這個(gè)方法可以根據(jù)該UPS產(chǎn)生的電容性電流精確地確定電抗器的容量。

④ 采用帶接觸器的UPS輸入濾波器,當(dāng)UPS輕載時(shí)通過接觸器自動(dòng)斷開濾波器。

 

柴油發(fā)電機(jī)簡(jiǎn)化電路圖.png

圖5  柴油發(fā)電機(jī)簡(jiǎn)化電路圖

柴油發(fā)電機(jī)負(fù)載供電時(shí)的向量圖.png

圖6  柴油發(fā)電機(jī)負(fù)載供電時(shí)的向量圖

 

 

3、建議

      為了妥善解決UPS和柴油發(fā)電機(jī)組接口問題,使UPS和柴油發(fā)電機(jī)組的不兼容性降到最小,在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)慎重考慮UPS和柴油發(fā)電機(jī)組的選型要求。現(xiàn)根據(jù)上述討論,提出保證兩者兼容的基本技術(shù)要求。

(1)UPS

 雙變換UPS(特別是采用6脈沖整流器/充電機(jī)的UPS)應(yīng)有輸入濾波器。

 UPS輸入諧波電流的THD應(yīng)小于5%~10%。

 UPS輸入功率因數(shù)應(yīng)大于0.90~0.95。

      濾波器在UPS輕載時(shí)能調(diào)節(jié)輸入功率因數(shù)(有補(bǔ)償電抗器或有控制濾波器接入和斷開的接觸器),以確保濾波器的電容器不會(huì)造成柴油發(fā)電機(jī)輸出電壓過高或電壓調(diào)節(jié)器關(guān)閉。

④ UPS的整流器/充電機(jī)在輸入電源頻率變化范圍小于±10%、輸入電源頻率變化率(slew rate)小于5 Hz/s、輸入THDV小于10%~15%時(shí)應(yīng)能正常工作。

(2)柴油發(fā)電機(jī)組

 電壓調(diào)節(jié)器應(yīng)不受機(jī)組輸出電壓波形失真的影響。

 發(fā)電機(jī)的內(nèi)阻應(yīng)較小,帶非線性負(fù)載時(shí)輸出電壓波形失真較小。

 發(fā)電機(jī)輸出頻率變化范圍應(yīng)小于±10%。

④ 發(fā)電機(jī)輸出的頻率變化率應(yīng)不大于5 Hz/s。

⑤ 發(fā)電機(jī)組容量的選擇應(yīng)考慮最壞情況,在UPS確實(shí)滿足了上述要求的情況下,一般可按UPS滿載及蓄電池充電時(shí)UPS的輸入功率的1.3~1.5倍考慮。系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則是:發(fā)電機(jī)為UPS供電時(shí),其輸出THDV不大于10%~15%。這樣選擇的發(fā)電機(jī)組容量較小,但可以與UPS兼容。注意,如果發(fā)電機(jī)組的其他負(fù)載要求更低的THDV,需根據(jù)實(shí)際情況確定發(fā)電機(jī)組容量。

 

總結(jié):

     UPS電源(不間斷電源)和發(fā)電機(jī)組的兼容性問題在一些情況下可能會(huì)引發(fā)一系列的電力供應(yīng)方面的挑戰(zhàn)。因?yàn)椴裼桶l(fā)電機(jī)的內(nèi)阻抗要比電網(wǎng)的阻抗大很多,因此當(dāng)柴油發(fā)電機(jī)給 UPS 供電時(shí),系統(tǒng)中的諧波電流畸變疊加在發(fā)電機(jī)輸出阻抗上而引起柴油發(fā)電機(jī)輸出電壓產(chǎn)生較大的諧波畸變,從而影響 UPS 整流器和發(fā)電機(jī) AVR 的正常工作。所以,諧波電流畸變是設(shè)計(jì)容量配比時(shí)需要考慮到因素,必須保證在此容量配比下柴油發(fā)電機(jī)輸出電壓畸變不超過系統(tǒng)正常工作允許值,柴油發(fā)電機(jī)容量才能滿足要求。綜合而言,UPS電源和柴油發(fā)電機(jī)組之間的兼容性問題需要仔細(xì)考慮和管理。選擇適當(dāng)?shù)脑O(shè)備、進(jìn)行適當(dāng)?shù)木S護(hù)和測(cè)試以及實(shí)施合適的電力管理策略可以減少這些問題的發(fā)生,并確保在電力故障時(shí)系統(tǒng)能夠可靠運(yùn)行。建議咨詢電力專業(yè)人士,以確保系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和操作符合最佳實(shí)踐。

 


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