【施耐德UPS電源】發(fā)電機(jī)組與UPS不間斷電源的配合

時(shí)間：2021-09-16作者：山東德泰隆電源設(shè)備有限公司瀏覽：456

發(fā)電機(jī)組與UPS不間斷電源的配合近年來，大型數(shù)據(jù)中心發(fā)展迅速，將應(yīng)用于越來越多的大功率UPS電源。由于需要控制UPS電源中使用的電池?cái)?shù)量，大功率UPS電源的延遲時(shí)間基本上是15-30分鐘，因此需要配合發(fā)電機(jī)組為設(shè)備提供連續(xù)不斷的電源?；谏鲜鲈?，有必要面對(duì)大功率UPS電源與發(fā)電機(jī)組的匹配和兼容問題。以下是一些個(gè)人建議:1.發(fā)電機(jī)組與UPS電源系統(tǒng)的協(xié)調(diào)問題發(fā)電機(jī)組與UPS電源系統(tǒng)的制造商和用戶早就注意到發(fā)電機(jī)組與UPS電源系統(tǒng)的協(xié)調(diào)問題，特別是整流器產(chǎn)生的電流諧波對(duì)發(fā)電機(jī)組的調(diào)壓器、UPS電源系統(tǒng)的同步電路等供電系統(tǒng)有明顯的不利影響。因此，UPS電源系統(tǒng)工程師設(shè)計(jì)了輸入濾波器并將其應(yīng)用于UPS電源，成功地控制了UPS電源應(yīng)用中的電流諧波。這些過濾器在UPS電源和發(fā)電機(jī)組的兼容性中起著關(guān)鍵作用。2.功率因數(shù)新設(shè)計(jì)的輸入濾波器在滿負(fù)荷情況下對(duì)降低電流諧波和提高功率因數(shù)有很好的效果。然而，在空載或較小負(fù)載的情況下，會(huì)產(chǎn)生電容**前的較低功率因數(shù)，尤其是那些滿足5%較大電流失真的濾波器。一般來說，當(dāng)負(fù)載小于25%時(shí)，大多數(shù)UPS電源系統(tǒng)的輸入濾波器會(huì)導(dǎo)致功率因數(shù)明顯降低。但輸入功率因數(shù)很少**30%，一些新系統(tǒng)甚至達(dá)到了**2%的空載功率因數(shù)，接近理想容性負(fù)載。這種情況不影響UPS輸出和關(guān)鍵負(fù)載，市電變壓器和輸配電系統(tǒng)不受影響。但是，發(fā)電機(jī)不一樣。經(jīng)驗(yàn)豐富的發(fā)電機(jī)工程師知道，發(fā)電機(jī)在負(fù)載較大的容性負(fù)載時(shí)不會(huì)正常工作。當(dāng)與低功率因數(shù)負(fù)載連接時(shí)，通常小于15%~20%的容性負(fù)載，發(fā)電機(jī)可能會(huì)因系統(tǒng)不平衡而停機(jī)。停機(jī)給臨界負(fù)荷帶來危險(xiǎn)的原因有以下兩個(gè):一是發(fā)電機(jī)需要手動(dòng)重啟，而且必須在UPS電池放電之前；二是停機(jī)前，發(fā)電機(jī)可能引起系統(tǒng)過電壓，可能損壞電話設(shè)備、火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)、監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)甚至UPS模塊。要了解事故發(fā)生的原因以及如何避免(或者關(guān)鍵應(yīng)用中如何尋找解決方案)，需要了解發(fā)電機(jī)和負(fù)載之間的工作關(guān)系。2.1發(fā)電機(jī)和負(fù)載發(fā)電機(jī)依靠調(diào)壓器來控制輸出電壓。電壓調(diào)節(jié)器檢測(cè)三相輸出電壓，并將其平均值與所需電壓值進(jìn)行比較。調(diào)節(jié)器從發(fā)電機(jī)內(nèi)部的輔助電源(通常是與主發(fā)電機(jī)同軸的小型發(fā)電機(jī))獲得能量，并將DC功率傳輸?shù)桨l(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的磁場(chǎng)勵(lì)磁線圈。線圈電流上升或下降，以控制發(fā)電機(jī)定子線圈的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)或電動(dòng)勢(shì)。定子線圈的磁通量決定了發(fā)電機(jī)的輸出電壓。發(fā)電機(jī)定子線圈的內(nèi)阻用Z表示，包括電感和電阻部分。由轉(zhuǎn)子勵(lì)磁線圈控制的發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)由交流電壓源用E表示。假設(shè)負(fù)載是純感性的，電流I在矢量圖中正好比電壓U滯后90°。如果負(fù)載是純電阻性的，u和I的矢量將重合或同相。事實(shí)上，大多數(shù)負(fù)載介于純電阻和純電感之間。通過定子線圈的電流引起的電壓降用電壓矢量I×Z表示..它實(shí)際上是兩個(gè)較小的電壓矢量之和，電阻壓降與I同相，電感壓降在90°之前。在這種情況下，它恰好與u同相。電動(dòng)勢(shì)必須等于發(fā)電機(jī)內(nèi)阻壓降和輸出電壓之和，即矢量e=u和I×z的矢量和，通過改變調(diào)壓器e可以有效控制電壓u..現(xiàn)在考慮當(dāng)純感性負(fù)載被純?nèi)菪载?fù)載取代時(shí)，發(fā)電機(jī)的內(nèi)部條件會(huì)發(fā)生什么變化。此時(shí)電流正好與感性負(fù)載相反。電流I現(xiàn)在良好電壓矢量u，內(nèi)阻壓降矢量I×Z正好反相。u和I×Z的矢量和小于u..由于與感性負(fù)載相同的電動(dòng)勢(shì)e在容性負(fù)載下產(chǎn)生較高的發(fā)電機(jī)輸出電壓u，調(diào)壓器必須明顯減小旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。實(shí)際上，電壓調(diào)節(jié)器可能沒有足夠的范圍來完全調(diào)節(jié)輸出電壓。所有發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子在一個(gè)方向上被連續(xù)激勵(lì)，并包含*磁場(chǎng)。即使調(diào)壓器完全閉合，轉(zhuǎn)子仍然有足夠的磁場(chǎng)給容性負(fù)載充電并產(chǎn)生電壓。這種現(xiàn)象叫做“自激”。自勵(lì)磁的結(jié)果是調(diào)壓器過壓或停機(jī)，發(fā)電機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)認(rèn)為是調(diào)壓器故障(即“失磁”)。任何一種情況都會(huì)導(dǎo)致發(fā)電機(jī)停止。連接到發(fā)電機(jī)輸出端的負(fù)載可以是獨(dú)立的，也可以是并聯(lián)的，這取決于自動(dòng)開關(guān)柜的工作時(shí)序和設(shè)置。在某些應(yīng)用中，UPS電源系統(tǒng)是停電時(shí)連接到發(fā)電機(jī)的**個(gè)負(fù)載。在其他情況下，UPS電源和機(jī)械負(fù)載同時(shí)連接。機(jī)械負(fù)載通常有啟動(dòng)接觸器。停電后需要一定時(shí)間再關(guān)閉，UPS輸入濾波電容補(bǔ)償感應(yīng)電機(jī)負(fù)載有延時(shí)。UPS電源本身有一個(gè)周期，稱為“軟啟動(dòng)”周期，將負(fù)載從電池轉(zhuǎn)移到發(fā)電機(jī)，提高其輸入功率因數(shù)。但UPS的輸入濾波器不參與軟啟動(dòng)過程，作為UPS的一部分連接到UPS的輸入端。因此，在某些情況下，停電時(shí)連接到發(fā)電機(jī)輸出端的主負(fù)載是UPS電源的輸入濾波器，具有很高的電容性(有時(shí)是純電容性)。這個(gè)問題的解決顯然需要功率因數(shù)校正。實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)的方法有很多種，大致如下:安裝自動(dòng)開關(guān)柜，讓電機(jī)負(fù)載先于UPS接入。有些開關(guān)柜可能無法實(shí)現(xiàn)這種方法。此外，在維護(hù)期間，工廠工程師可能需要分別調(diào)試UPS電源和發(fā)電機(jī)。增加一個(gè)*電抗來補(bǔ)償容性負(fù)載，通常使用并聯(lián)電抗器連接到E-G或發(fā)電機(jī)輸出平行板。這很容易實(shí)現(xiàn)，成本也低。然而，無論在高負(fù)載還是低負(fù)載下，電抗器總是吸收電流，影響負(fù)載功率因數(shù)。而且不管UPS的數(shù)量多少，電抗器的數(shù)量總是固定的。感應(yīng)電抗器安裝在每個(gè)UPS電源中，以補(bǔ)償U(kuò)PS電源的容抗。在低負(fù)荷條件下，接觸器(選項(xiàng))控制電抗器的輸入。這種方法較準(zhǔn)確，但反應(yīng)器數(shù)量大，安裝和控制成本高。濾波電容前安裝接觸器，低負(fù)載時(shí)斷開。由于接觸器的時(shí)間必須準(zhǔn)確，控制復(fù)雜，只能在工廠安裝。哪種方法較好應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件和設(shè)備性能來確定。2.2諧振問題電容器自勵(lì)問題可能會(huì)被其他電氣狀態(tài)加重或掩蓋，如串聯(lián)諧振。當(dāng)發(fā)電機(jī)感抗的歐姆值與輸入濾波器的容抗的歐姆值接近，系統(tǒng)的電阻值小時(shí)，會(huì)發(fā)生振蕩，電壓可能**過電力系統(tǒng)的額定值。新設(shè)計(jì)的UPS電源系統(tǒng)本質(zhì)上是**容性輸入阻抗。500千伏安UPS電源的電容可能為150千伏安，功率因數(shù)接近0。并聯(lián)電感、串聯(lián)扼流圈、輸入隔離變壓器是UPS的常規(guī)部件，都是電感性的。事實(shí)上，它們與濾波器的電容一起，使UPS總體上看起來是電容性的，UPS內(nèi)部可能會(huì)有一些振蕩。再加上連接到UPS的傳輸線的電容特性，整個(gè)系統(tǒng)的復(fù)雜度大大提高，**出了普通工程師可以分析的范圍。較近，兩個(gè)額外的因素使得這些問題在關(guān)鍵應(yīng)用中較加常見。首先，根據(jù)用戶對(duì)高可靠性數(shù)據(jù)處理的要求，計(jì)算機(jī)設(shè)備制造商在其設(shè)備中提供更多冗余電源輸入。典型的計(jì)算機(jī)機(jī)柜現(xiàn)在有兩根或更多的電源線。其次，設(shè)備管理員要求系統(tǒng)支持在線維護(hù)，他們希望在UPS停機(jī)維護(hù)時(shí)保護(hù)臨界負(fù)荷。這兩個(gè)因素增加了典型數(shù)據(jù)中心的UPS電源安裝數(shù)量，降低了每個(gè)UPS電源的負(fù)載能力。但發(fā)電機(jī)的增加與UPS并不一致。在設(shè)備經(jīng)理眼里，發(fā)電機(jī)一般都是備用的，很容易安排維修。此外，在一些大型項(xiàng)目中，資金壓力限制了昂貴的大功率發(fā)電機(jī)組的數(shù)量。這樣一來，每個(gè)發(fā)電機(jī)攜帶的UPS就多了，這是一個(gè)讓UPS廠商既高興又讓發(fā)電機(jī)廠商擔(dān)心的趨勢(shì)。


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