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柴油發(fā)電機(jī)與UPS的關(guān)系 共享文檔
2018-07-02 2頁(yè) 3.07分
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柴油發(fā)電機(jī)與UPS的關(guān)系
柴油機(jī)與UPS系統(tǒng)的匹配問(wèn)題
由于數(shù)據(jù)庫(kù)等用電要求比較高的系統(tǒng)都是采用UPS系統(tǒng)進(jìn)行供電的，這樣可以保證電流的穩(wěn)定性，所以我所受的信息是關(guān)于柴油發(fā)電機(jī)與UPS系統(tǒng)匹配需要注意哪些方面問(wèn)題的信息。由于對(duì)于這些信息難以進(jìn)行歸納，也不是很了解所以直接進(jìn)行了摘要，資料如下：
柴油發(fā)電機(jī)組與UPS組成的交流供電系統(tǒng)，因其良好的可靠性、安全性而得到廣泛應(yīng)用。該系統(tǒng)不僅要求柴油發(fā)電機(jī)組自動(dòng)化程度高，而且要求柴油發(fā)電機(jī)組必須適應(yīng)UPS這一非線性負(fù)載的特性，使其在無(wú)市電的情況下保證對(duì)負(fù)載可靠供電。UPS電路結(jié)構(gòu)決定的輸入非線特性：最典型的是傳統(tǒng)雙變換在線式UPS，由于其輸入端AC/DC變換器是整流濾波電路，其輸入電流是脈動(dòng)電流，不僅輸入功率因數(shù)低（0.7~0.8），還包含有大量的高次諧波電充(30%~40%)，而低輸入功率因數(shù)和諧波電流都會(huì)通過(guò)發(fā)電機(jī)定子線圈的感性內(nèi)阻，嚴(yán)重影響柴油發(fā)電機(jī)的正常運(yùn)行，兩者結(jié)合就易出現(xiàn)以下問(wèn)題：
1．電壓振蕩。反饋的波動(dòng)電壓，造成發(fā)電機(jī)的輸出電壓穩(wěn)定度差，形成振蕩，振蕩范圍高達(dá)額定電壓的±10%～±20%。當(dāng)調(diào)整AVR達(dá)到最佳時(shí)，振蕩仍大于2%。
2．電流振蕩。在UPS負(fù)載穩(wěn)定的情況下，發(fā)電機(jī)輸出電流在±20%±～50%范圍內(nèi)擺動(dòng)，且這種擺動(dòng)無(wú)法調(diào)整。
3．發(fā)電機(jī)的頻率振蕩。一般情況下，頻率振蕩比電壓，電流范圍小，一般在±5%以內(nèi)，但影響比較大，導(dǎo)致UPS處于頻繁切換的狀態(tài)。柴油發(fā)動(dòng)機(jī)由于負(fù)載有規(guī)律地忽大忽小，造成其工作電壓也忽強(qiáng)忽弱，使柴油發(fā)電機(jī)組振動(dòng)加劇，加速了機(jī)械磨損，甚至損壞機(jī)件。
4．UPS不能正常工作。UPS整流器允許的輸入電壓范圍一般在額定值的±15%或更寬，發(fā)電機(jī)的輸出電壓不穩(wěn)相對(duì)來(lái)對(duì)影響較小，因此需特別關(guān)注頻率漂移對(duì)UPS正常運(yùn)行所產(chǎn)生的兩方面影響：
（1）UPS不能旁路。無(wú)論是在線式或后備式UPS，在旁路電源頻率和電壓處于允許的范圍內(nèi)，UPS的逆變輸出跟蹤旁路電源，逆變電源與旁路電源鎖相、同步。當(dāng)旁路電源發(fā)電機(jī)提供時(shí)，頻率會(huì)發(fā)生快速變化。當(dāng)頻率變化超預(yù)先設(shè)定的極限值時(shí)，逆變器頻率變化就無(wú)法跟上旁路電源的頻率變化。這時(shí)靜態(tài)旁路開關(guān)將禁止切換到旁路（在這種情況下切換，有可能會(huì)千萬(wàn)逆變器過(guò)流、短路）。在這種旁路電源頻率無(wú)法跟蹤的狀況下，UPS只會(huì)發(fā)生警示，提醒用戶避免超載造成斷電，此時(shí)逆變器仍繼續(xù)提供電源給負(fù)載。
（2）電池壽命縮短。由于頻率漂移，將導(dǎo)致SCR（可控硅）整流器的驅(qū)動(dòng)信號(hào)與輸入交流電不同步，造成整流器關(guān)閉。在整流器重新啟動(dòng)進(jìn)入正常工作期間，UPS轉(zhuǎn)為電池供電。如此過(guò)分地放電循環(huán)，將大大縮短電池壽命，更嚴(yán)重的情形是會(huì)將電池電量全部放光，輸出中斷。另外，在同一用電系統(tǒng)中，當(dāng)空調(diào)壓縮機(jī)啟動(dòng)和電梯升降的瞬間會(huì)導(dǎo)致發(fā)電機(jī)發(fā)生頻率漂移。
柴油發(fā)電機(jī)組與UPS組合所帶來(lái)的問(wèn)題是客觀存在的，解決問(wèn)題可從兩個(gè)方面進(jìn)行：一方面正確選擇發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁工作方式和機(jī)組功率，不同的勵(lì)磁方式和適當(dāng)?shù)钠ヅ涔β实扔星矣趯?wèn)題最小化；另一方面選擇更能適合發(fā)電機(jī)組特性的UPS，如：具有旁路鎖相頻率范圍和逆變器同步速率現(xiàn)場(chǎng)可調(diào)功能的UPS對(duì)頻率的漂移適應(yīng)性比一般UPS好。12脈沖整流器UPS比6脈沖整流器UPS更能適合發(fā)電機(jī)組配合供電，從而確保整個(gè)供電系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行。
1．柴油發(fā)電機(jī)組的選擇：
（1）不同的功率輸出對(duì)柴油發(fā)電機(jī)組的影響：
根據(jù)UPS容量，有些用戶一般配套發(fā)電機(jī)組的容量為UPS容量的2～2.5倍。而事實(shí)上，UPS一般工作在50%～80%額定容量而對(duì)發(fā)電機(jī)組來(lái)說(shuō)，其發(fā)出的功率可能為額定容量的30%左右。這樣不但造成發(fā)電機(jī)組的容量不能充分利用，增加了設(shè)備的投資，造成了“大馬拉小車”的現(xiàn)象，而且使發(fā)電機(jī)組更容易產(chǎn)生故障，增加了維護(hù)量，降低了發(fā)電機(jī)組的工作可靠性。
其原因是：根據(jù)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的特性，如果在小負(fù)荷下長(zhǎng)期工作，氣缸磨損加劇，因而使上述部位故障的加速產(chǎn)生，使柴油機(jī)工作性能下降，排氣冒黑煙。
柴油機(jī)處于30%額定負(fù)載以下，經(jīng)濟(jì)性變差。綜合各種因素，柴油機(jī)發(fā)電機(jī)組要求負(fù)載必須在60%以上額定負(fù)載的情況下工作，對(duì)柴油機(jī)較為有利。所以合適的功率匹配對(duì)供電系統(tǒng)很重要。
選擇發(fā)電機(jī)組額定功率時(shí)首先必須考慮用電的總負(fù)荷，其他電器設(shè)備的負(fù)荷在很多資料中已說(shuō)明，在此不再敷述。這里主要講述是發(fā)電機(jī)的功率與UPS的功率并不是簡(jiǎn)單的一對(duì)一的關(guān)系，還必須考慮電池充電所需功率（一般控制在UPS最大輸出功率的10%～20%以內(nèi)）UPS的整機(jī)效率，UPS整流器引起的輸入電流失真等，都需適當(dāng)增加發(fā)電機(jī)的功率UPS功率的2倍以上。
（2）柴油發(fā)電機(jī)組中柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的工作方式的不同對(duì)帶UPS這樣
非線性負(fù)載的發(fā)電機(jī)組的能力有較大影響。近來(lái)的運(yùn)行實(shí)踐證明，當(dāng)兩臺(tái)發(fā)電機(jī)的額定輸出功率相同時(shí)，如果用戶的后接負(fù)載為非線性負(fù)載時(shí)，兩沖程柴油發(fā)電機(jī)組帶載能力優(yōu)于四沖程柴油發(fā)電機(jī)組。
（3）現(xiàn)代同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁工作方式的不同對(duì)負(fù)載的影響也不同。與現(xiàn)代柴油發(fā)電機(jī)組配套的同步交流發(fā)電機(jī)，包括引進(jìn)和成套進(jìn)口的有：新現(xiàn)代（史坦福）、利萊松馬、馬拉松、西門子等。
柴油發(fā)電機(jī)分為自激式同步交流發(fā)電機(jī)和PMG（永磁發(fā)電機(jī)）激勵(lì)式兩種。這兩種勵(lì)磁方式的根本區(qū)別是：自激式的同步交流發(fā)電機(jī)從發(fā)電機(jī)的電樞繞組給調(diào)壓器AVR同時(shí)提供功率和信號(hào)源。而PMG（永磁發(fā)電機(jī)）式AVR功率源由副勵(lì)磁機(jī)（永磁發(fā)電機(jī)）電樞繞組取得，交流同步發(fā)電機(jī)的電樞繞組只提供信號(hào)源。AVR功率輸出至勵(lì)磁機(jī)磁場(chǎng)繞組，并控制其電流，通過(guò)勵(lì)磁機(jī)電樞繞組、旋轉(zhuǎn)整流器、磁場(chǎng)繞組，使發(fā)電機(jī)輸出電壓保持穩(wěn)定。前者AVR的功率輸出受電樞繞組電勢(shì)波形的影響，而負(fù)載質(zhì)特別是非線性負(fù)載對(duì)電樞繞組電勢(shì)波形的影響比較明顯；后者AVR的功率源取自PMG的電樞繞組，與同步交流發(fā)電機(jī)電樞繞組的電勢(shì)波形畸變無(wú)關(guān)。因此選用PMG（永磁發(fā)電機(jī)）勵(lì)磁方式的同步交流發(fā)電機(jī)更能使UPS工作良好。
實(shí)際上UPS與發(fā)電機(jī)的功率比可在1：（1～2.5）之間匹配，關(guān)鍵是要考慮發(fā)電機(jī)中現(xiàn)代同步交流發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁方式。
采用自激式同步交流發(fā)電機(jī)時(shí)，其UPS功率與柴油發(fā)電機(jī)組功率之比至少應(yīng)為1：（2～2.5），但仍不排除發(fā)電機(jī)受UPS 的影響；采用PMG勵(lì)磁方式的發(fā)電機(jī)時(shí)，功率比取1（1.2～1.25)，即可保證柴油發(fā)電機(jī)組正常工作。
2．UPS的選擇：
（1）UPS輸入整流方式不同對(duì)發(fā)電機(jī)組容量的影響：
當(dāng)UPS進(jìn)入由柴油發(fā)電機(jī)組供電時(shí)所遇到的特殊問(wèn)題是：由于柴油發(fā)電機(jī)組所送出的交流電本身不但電壓畸變度大（波形失真度大），而且隨著柴油發(fā)電機(jī)組的輸出功率的減小，其內(nèi)阻增大的矛盾會(huì)顯得更加突出。當(dāng)柴油發(fā)電機(jī)組帶電阻性負(fù)載時(shí)，這種影響不易察覺。然而，如果用柴油發(fā)電機(jī)組帶整流濾波型負(fù)載和各種可控硅移相調(diào)控設(shè)備時(shí)，往往會(huì)遇到很大的麻煩。其原因是由于上述非線性負(fù)載會(huì)向柴油發(fā)電機(jī)組反射大量的高次諧波，其中尤以5次和11次諧波等對(duì)柴油發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的危害性較為嚴(yán)重。表1為不同非線性負(fù)載對(duì)柴油發(fā)電機(jī)組輸出電壓畸變度的影響（注：在此實(shí)驗(yàn)中所用的柴油發(fā)電機(jī)的容量為200kVA）。
表1 不同的整流器對(duì)發(fā)電機(jī)工作的影響
發(fā)電機(jī)組允許
的電壓畸變度
柴油發(fā)電機(jī)組允許帶負(fù)載的百分比
12脈沖整流UPS
6脈沖整流UPS
單相整流UPS
5%
78%
42%
22%
10%
100%
69%
36%
15%
100%
96%
52%
從表1可知，不同類型負(fù)載對(duì)柴油發(fā)電機(jī)組輸出電壓畸變度影響很大。例如，對(duì)于要求達(dá)到電壓畸變度小于5%的高質(zhì)量供電標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)房來(lái)說(shuō)，如果用戶采用的是12脈沖整流型UPS，只允許使用到柴油發(fā)電機(jī)組的78%額定量。如果用戶使用的是6脈整流負(fù)載，則要求負(fù)載量不得超過(guò)發(fā)電機(jī)組額定輸出功率的42%。顯然，這勢(shì)必會(huì)造成發(fā)電機(jī)組設(shè)備利用率的降低。如果選用允許的電壓畸變度的標(biāo)準(zhǔn)降低到一般的民用用電標(biāo)準(zhǔn)10%時(shí)，剛可允許帶100%的12脈沖整流UPS設(shè)備。此時(shí)，帶6脈沖整流的UPS設(shè)備只能帶發(fā)電機(jī)額定功率的69%。
（2）在UPS與發(fā)電機(jī)組配合應(yīng)用的情況下，UPS具備以下兩方面的功能時(shí)也可更好地適應(yīng)與發(fā)電機(jī)組的匹配。
1旁路鎖相頻率范圍和逆變器同步速率現(xiàn)場(chǎng)可調(diào)功能。有此功能的UPS就可以根據(jù)用電設(shè)備類型進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，提高系統(tǒng)運(yùn)行可靠性。
2高速寬頻的整流器控制電路。UPS的整流器需要一個(gè)高速寬頻的控制電路，調(diào)整整流器的工作狀態(tài)，以適應(yīng)輸入電源的頻率漂移。好的整流器控制電路可使整流器在輸入電源頻率漂移超過(guò)±5Hz時(shí)仍可正常運(yùn)行。
綜上所述：為了使柴油發(fā)電機(jī)組與UPS匹配工作的交流供電系統(tǒng)連續(xù)可靠負(fù)載供電，需考慮柴油發(fā)電機(jī)組的工作方式、勵(lì)磁方式、額定功率等主要因素，還應(yīng)考慮UPS對(duì)頻率變化的適應(yīng)性。
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