大功率UPS电源跟发电机配合需要注意的问题
发布时间:2019-03-05
发电机组和UPS之间的配合问题
为了尽可能提高UPS系统的效率,近期UPS工程师在输入滤波器的功耗方面做了改进。滤波器效率的提高,从很大程度上取决于将IGBT(绝缘门级晶体管)技术应用到UPS设计中。IGBT逆变器的高效率导致了对UPS的重新设计。输入滤波器可以吸收某些电流谐波,同时吸收很小一部分有功功率。总之,滤波器中感性因素对容性因素的比率降低了,UPS的体积变小了,效率提高了。在UPS领域的事情好像得以解决了,然而新问题是UPS与发电机的兼容性又出现了,替代了老问题。
通常,人们把注意力放在UPS满载或接近满载情况下的工作状态。绝大多数工程师都能表述满载情况下的UPS工作特性,特别是输入滤波器的特性,然而很少有人对滤波器在空载或接近空载时的状况感兴趣。毕竟UPS及其电气系统在轻载状态下的电流谐波影响很小。然而,UPS空载时的工作参数,特别是输入功率因数对于UPS与发电机的兼容性相当重要。
这种情况不影响UPS输出和关键负载,市电变压器和输配电系统也不受影响。但发电机就不同了,有经验的发电机工程师知道:发电机带大容性负载时工作会不正常,当接入较低功率因数负载,典型的低于15%~20%容性时,由于系统失调,可能导致发电机停机。在市电停电后出现这种停机应急发电机系统带动UPS系统负载将造成灾难性事故。由于下述两种原因停机给关键负载带来危险:第一,发电机需要手动重启,并且必须在UPS电池放电结束前;第二,在停机前发电机可能引起系统的"过压",它可能损坏电话设备、火警系统、监控网络甚至UPS模块。更糟糕的是,在事故发生后,很难区分责任,找出问题所在并予以纠正。UPS厂商说UPS系统测试完好,并指出其它地方相同的设备没有发生类似问题。发电机厂商说是负载的问题,无法调整发电机来解决问题。同时,用户工程师则说明他的规格要求,希望两个厂商相互兼容。要了解为何会发生事故及如何避免(或如何在关键应用中找出解决方案),首先需要了解发电机与负载的工作关系。
发电机依靠电压调节器控制输出电压。电压调节器检测三相输出电压,以其平均值与要求的电压值相比较。调节器从发电机内部的辅助电源取得能量,通常是与主发电机同轴的小发电机,传送DC电源给发电机转子的磁场激励线圈。线圈电流上升或下降,控制发电机定子线圈的旋转磁场或称为电动势EMF的大小。定子线圈的磁通量决定发电机的输出电压。
现在考虑用纯容性负载代替纯感性负载时,发电机的内部情况会发生什么变化。这时的电流和感性负载时正好相反。电流I现在超前电压矢量U,内阻电压降矢量I×Z,也正好反相。则U和I×Z的矢量和小于U。
安装自动切换柜,使电动机负载先于UPS接入。某些切换柜可能不能实现这种方法。另外,在维护时,工厂工程师可能需要单独调试UPS和发电机。
在每一台UPS中加装感性电抗器,正好补偿UPS的容抗。在低负载情况下由接触器(选件)控制电抗器的投入。此方法电抗器较精确,但数量较大且安装和控制的成本高。
哪一种方法是最佳的,要根据现场的情况和设备的性能来确定。
电容自激问题可能被其他电气状态所加重或掩盖,如串联共振。当发电机的感抗的欧姆值和输入滤波器容抗的欧姆值相互拉近,并且系统的电阻值较小时将产生振荡,电压可能超出电力系统的额定值。新近设计的UPS系统实质上为100%的电容性输入阻抗。一台500kVA的UPS可能有150kvar的电容和接近于0的功率因数。并联电感、串联扼流圈和输入隔离变压器是UPS的常规部件,这些部件都是感性的。事实上他们和滤波器的电容一起使UPS总体表现为容性,可能在UPS内部已经存在一些振荡。加上连到UPS的输电线的电容特性,整个系统的复杂性大为提高,超出了一般工程师所能分析的范围。
以上就是大功率UPS电源与发电机组配对需要注意到的问题,对自激和振荡的最佳防卫是物理学的基本知识。工程师应仔细地确定UPS系统在所有负载条件下的功率因数特性。UPS设备安装后,业主应坚持全面的测试,在调试验收时仔细测量整个系统的工作参数。当发现问题时,应该由专业人员对其进行专业测试,然后再根据实际情况来解决问题。