大功率UPS電源跟發電機配合需要注意的問題
發布時間:2019-03-05
發電機組和UPS之間的配合問題
為了盡可能提高UPS系統的效率,近期UPS工程師在輸入濾波器的功耗方面做了改進。濾波器效率的提高,從很大程度上取決于將IGBT(絕緣門級晶體管)技術應用到UPS設計中。IGBT逆變器的高效率導致了對UPS的重新設計。輸入濾波器可以吸收某些電流諧波,同時吸收很小一部分有功功率。總之,濾波器中感性因素對容性因素的比率降低了,UPS的體積變小了,效率提高了。在UPS領域的事情好像得以解決了,然而新問題是UPS與發電機的兼容性又出現了,替代了老問題。
通常,人們把注意力放在UPS滿載或接近滿載情況下的工作狀態。絕大多數工程師都能表述滿載情況下的UPS工作特性,特別是輸入濾波器的特性,然而很少有人對濾波器在空載或接近空載時的狀況感興趣。畢竟UPS及其電氣系統在輕載狀態下的電流諧波影響很小。然而,UPS空載時的工作參數,特別是輸入功率因數對于UPS與發電機的兼容性相當重要。
這種情況不影響UPS輸出和關鍵負載,市電變壓器和輸配電系統也不受影響。但發電機就不同了,有經驗的發電機工程師知道:發電機帶大容性負載時工作會不正常,當接入較低功率因數負載,典型的低于15%~20%容性時,由于系統失調,可能導致發電機停機。在市電停電后出現這種停機應急發電機系統帶動UPS系統負載將造成災難性事故。由于下述兩種原因停機給關鍵負載帶來危險:第一,發電機需要手動重啟,并且必須在UPS電池放電結束前;第二,在停機前發電機可能引起系統的"過壓",它可能損壞電話設備、火警系統、監控網絡甚至UPS模塊。更糟糕的是,在事故發生后,很難區分責任,找出問題所在并予以糾正。UPS廠商說UPS系統測試完好,并指出其它地方相同的設備沒有發生類似問題。發電機廠商說是負載的問題,無法調整發電機來解決問題。同時,用戶工程師則說明他的規格要求,希望兩個廠商相互兼容。要了解為何會發生事故及如何避免(或如何在關鍵應用中找出解決方案),首先需要了解發電機與負載的工作關系。
發電機依靠電壓調節器控制輸出電壓。電壓調節器檢測三相輸出電壓,以其平均值與要求的電壓值相比較。調節器從發電機內部的輔助電源取得能量,通常是與主發電機同軸的小發電機,傳送DC電源給發電機轉子的磁場激勵線圈。線圈電流上升或下降,控制發電機定子線圈的旋轉磁場或稱為電動勢EMF的大小。定子線圈的磁通量決定發電機的輸出電壓。
現在考慮用純容性負載代替純感性負載時,發電機的內部情況會發生什么變化。這時的電流和感性負載時正好相反。電流I現在超前電壓矢量U,內阻電壓降矢量I×Z,也正好反相。則U和I×Z的矢量和小于U。
安裝自動切換柜,使電動機負載先于UPS接入。某些切換柜可能不能實現這種方法。另外,在維護時,工廠工程師可能需要單獨調試UPS和發電機。
在每一臺UPS中加裝感性電抗器,正好補償UPS的容抗。在低負載情況下由接觸器(選件)控制電抗器的投入。此方法電抗器較精確,但數量較大且安裝和控制的成本高。
哪一種方法是最佳的,要根據現場的情況和設備的性能來確定。
電容自激問題可能被其他電氣狀態所加重或掩蓋,如串聯共振。當發電機的感抗的歐姆值和輸入濾波器容抗的歐姆值相互拉近,并且系統的電阻值較小時將產生振蕩,電壓可能超出電力系統的額定值。新近設計的UPS系統實質上為100%的電容性輸入阻抗。一臺500kVA的UPS可能有150kvar的電容和接近于0的功率因數。并聯電感、串聯扼流圈和輸入隔離變壓器是UPS的常規部件,這些部件都是感性的。事實上他們和濾波器的電容一起使UPS總體表現為容性,可能在UPS內部已經存在一些振蕩。加上連到UPS的輸電線的電容特性,整個系統的復雜性大為提高,超出了一般工程師所能分析的范圍。
以上就是大功率UPS電源與發電機組配對需要注意到的問題,對自激和振蕩的最佳防衛是物理學的基本知識。工程師應仔細地確定UPS系統在所有負載條件下的功率因數特性。UPS設備安裝后,業主應堅持全面的測試,在調試驗收時仔細測量整個系統的工作參數。當發現問題時,應該由專業人員對其進行專業測試,然后再根據實際情況來解決問題。