UPS電源和柴油發電機怎樣匹配

打開APP

UPS電源和柴油發電機怎樣匹配

深圳市美克電源有 發表於 2019-02-10 14:05:00

UPS電源和柴油發電機不兼容的原因主要是UPS的輸入諧波電流引起的輸入功率因數低而造成的，再一個就是發電機的內阻抗大。傳統的解決方案是將發電機降額使用，使發電機有足夠的容量來補償由UPS的輸入諧波電流而引起的無功功率，發電機所帶負載的功耗大約為其額定容量的30％左右。顯然，這屬於一種」大馬拉小車」的現象，是不經濟的，而且柴油發電機工作在小負荷狀態，使柴油發電機組更容易產生故障，降低了柴油發電機組的工作可靠性，其原因是柴油發電機機在小負荷下長期工作，氣缸內溫度較低，正常進人氣缸內的潤滑油不能完全燃燒，而燃油也不能充分燃燒，造成活塞環處、噴油嘴處積炭嚴重，氣缸磨損加劇，因而使上述部位加速故障的產生，使柴油機工作性能下降，排氣冒黑煙。柴油發電機組要求負載必須在60％以上額定負載的情況下工作，對柴油發電機才較為有利。可以看出，採用柴油發電機降額方案來解決問題不是一種根本解決問題的方法，根本解決問題的方法應該是對UPS輸入端的功率因數進行校正（PFC），使UPS接近於一個線性負載，對電網或發電機產生很小的諧波電流。

（1）有源功率因數校正

功率因數校正分無源校正和有源校正，有源功率因數校正通常是在整流器後接一個升壓型變換器，圖3，該方法校正效果好，校正後，輸入電流接近於一個正弦波，功率因數可達到0．99，諧波電流可以減小到5％以內。但該方法由於多用了一級變換器，UPS的可靠性就會下降，在大功率UPS中顯得更為突出，所以有源功率因數校正一般用於單相輸入的小功率UPS中（25KVA以下），對於三相輸入的大、中功率的UPS通常採用無源校正的方法。

（2）LC無源濾波器校正

由於這種濾波器僅用了LC元件，將它並聯在整流器的輸入端，對UPS電源的可靠性沒有什麼影響，對於三相6脈衝的整流器，其諧波電流主要為5、7次諧波，將濾波器設計為對幅度最大的5次諧波電流的阻抗為零，對7次諧波電流的阻抗很低，因此，5次和7次諧波電流基本流進了濾波器，而不會反送給柴油發電機，引起發電機輸出電壓失真。這種方法簡單，濾波效果也很好，諧波電流總THD可以減小到10％以內，功率因數可以達到0．95。但缺點是由於加了濾波器，加大了UPS的體積和重量，但UPS的體積和重量大一點並沒有太大的關係，關鍵是要求可靠性高，所以這種LC濾波器校正功率因數的方法在三相輸入的大、中功率UPS中得到了廣泛的應用。

（3） LC無源濾波器存在的問題

由於UPS輕載時的輸入諧波電流對交流電源系統影響很小，甚至可以忽略，我們設計的LC濾波器主要考慮UPS滿載時輸入諧波電流的抑制和改善輸入功率因數的性能，因此，有無源濾波器的UPS在空載和輕載時往往呈現特別低的超前功率因數，即為電容性負載，這種情況對市電的變壓器沒有什麼影響，但是，柴油發電機給電容負載供電時可能出現輸出電壓過高或無激磁而關機，造成供電系統嚴重故障。下面我們來分析產生這種現象的原因，圖5是發電機供電系統簡化電路圖，U1是發電機的電勢，U1的大小取決於發電機的激磁電流。Zs是發電機定子的阻抗，Z是負載的阻抗，Us是發電機的輸出電壓，I是負載電流。

因為發電機的電勢必須等於發電機內部阻抗和外部負載阻抗的壓降之和，因此，可以調節電壓調節器改變發電機電勢U．來控制發電機的輸出電壓。圖5c是發電機給純電容性負載供電時的向量圖，其中電流向量I超前電壓向量Us90°，內部電壓降IZs的相位與電感性負載時相反，結果發電機發出的電勢U1比輸出的電壓Us小，也就是說，較小的電勢U1就能產生很大的輸出電壓Us。

在這種情況下，為了維持發電機輸出電壓Us恆定，電壓調節器必須大大地減小轉子激磁電流以減小發電機電勢U1，但是因為發電機轉子都有一定的剩磁，即使電壓調節器完全關閉，仍有足夠的磁場產生輸出電壓，所以電壓調節器不可能有足夠的調節範圍完全控制輸出電壓。這將導致輸出過壓，或者電壓調節器關閉，最終使發電機關閉。因此，柴油發電機帶電容性負載時不能正常工作。UPS在空載或輕載時屬於電容性負載，圖5c的情況是實際存在的。顯然，要解決上述問題，必須對UPS在空載和輕載時的輸入功率因數進行調節。具體解決問題的方法為：

①在發電機所帶的負載包括UPS和機房空調的情況下，可先將空調設備加到發電機上，具體方法可在UPS的輸入電路上接一個延時繼電器，以延緩UPS負載電力的接通。

②採用帶接觸器的UPS輸入濾波器，當UPS輕載時通過接觸器自動斷開濾波器。

UPS電源和柴油發電機選型的建議

上文中我們分析了UPS和柴油發電機不匹配的原因，並分析了解決問題的方法，因此，在工程設計時，只要慎重考慮UPS和柴油發電機選型的技術要求，可以避免它們之間的不匹配，建議如下：

（1）對於三相輸入的UPS輸入功率因數不小0．95，THD應小於l0％，如果達不到這個要求，就需加裝濾波器。並且輸入濾波器應帶接入和斷開的接觸器，以確保濾波器的電容器不會造成柴油發電機輸出電壓過高或電壓調節器關閉。UPS的整流器在輸入電源頻率變化範圍小於±10％、輸入電源頻率變化率小於5Hz／s應能正常工作。

（2）發電機輸出的頻率變換範圍應小於±l0％，輸出電源頻率變化率小於5Hz／s。

（3）選擇的柴油發電機的電壓調節器（AVR）應不受機組輸出電壓波形失真的影響，內阻應較小。如PMG（永磁發電機）激勵式同步交流發電機。

（4）在滿足上述要求時，發電機的容量可按UPS滿載加蓄電池充電時UPS的輸入功率的l．3～1．5倍考慮。

（5）由於蓄電池的容量越大，則蓄電池的充電功率也就越大，相應地發電機需求的容量也就要求越大，這樣會導致成本增加；而且，蓄電池的充電功率越大，則佔總負荷的比重也就越大，在充電結束時，發電機就可能工作在輕載狀態，這樣運行對發電機也是非常不利的。所以不要將UPS蓄電池的容量選得太大，通常能保證UPS電源工作l0—30分鐘就行，停電時主要靠發電機供電。

打開APP閱讀更多精彩內容

聲明：本文內容及配圖由入駐作者撰寫或者入駐合作網站授權轉載。文章觀點僅代表作者本人，不代表電子發燒友網立場。文章及其配圖僅供工程師學習之用，如有內容圖片侵權或者其他問題，請聯繫本站作侵刪。 侵權投訴