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发电机组与UPS设备之间的匹配问题

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发电机组与UPS设备之间的匹配问题

发布日期:2021-07-14 作者: 点击:

要改善备用发电机组与UPS设备之间的匹配问题,在尽量选用性能优良的柴油发电机组的同时,应把注意力主要放在改善UPS的输入特性和改善两者之间连接方式上。

  

  根据UPS容量,一般一台传统双变换在线式UPS配套发电机组的容量比为2~4倍。事实上,一般工作在50%~80%额定容量,而对发电机组来说,其输出的功率可能为额定容量的30%左右。这样不但造成发电机组的容量不能充分利用,增加了设备投资,造成了"大马拉小车"的现象,而且便发电机组更容易发生故障,增加了维护量,降低了发电机组的工作可靠性。其原因是,根据柴油发电机的特性,如果长期在小负荷下工作,气缸内温度较低,正常进入气缸内的润滑油不能完全燃烧,而燃油也不能充分燃烧,造成活塞环处、喷油嘴处积炭严重,气缸磨损加剧,因而加速上述部位故障的产生,便柴柴油发电机系统工作性能下降,排气冒黑烟。

  

  柴油机处于30%额定负载以下,经济性变差。通常,发电机组工作在负载超过额定负载的60%对柴油机较为有利。

  

  解决这一间题的方法就是,对发电机负载输入特性进行校正。下面,具体介绍几种常用的方法。

  

  (1)改善系统功率因数

  

  改善系统功率因数的方法很多,主要介绍以下几种。

  

  第一种方法是设置自动切换柜,便发电机的其他负载先于UPS接入。此方法只适用于大功率柴油发电机系统-UPS供电系统。这样的系统中,除UPS外还有其他性质的负载。这种自动切换柜实现起来有一定的因难,而且在维护时生产厂商的工程师需要单独对UPS和发电机进行调试。

  

  第二种方法是增加一个永久性感应电抗来补偿容性负载,通常使用并联线绕电抗器接在发电机输出并联板上,这很容易实现而且成本较低,但无论是重负载还是轻负载,电抗器总是在吸收电流并影响负载功率因数。而且,不论UPS的数量多少,电抗器的数量总是固定的。

  

  第三种方法是在每一台UPS中加装正好能补偿UPS容抗的感性电抗器,在低负载情况下由接触器(选件)控制电抗器接入。此方法可较精确地设置电抗器,但数量较大且安装和控制的成本高。

  

  第四种方法是在滤波器电容前安装接触器,在低负载时断开。由于接触器的时间必须精确,控制比较复杂,只能在工厂安装。

  

  第五种方法是在UPS供电系统前面配置混合型有源滤波器DHM,使整个供电系统的输入功率因数保持在0.95以上,输入电流谐波控制在10%以下。

  

  有关改善系统功率因数和各种形式的滤波器的"1作原理和在系统中的配置方法,请看本书第4章第5节。

  

  (2)改善UPS设备的输入功率因数

  

  这里讲的不是用增加UPS输入端无源滤波器方法。对于传统双变换在线式UPS,可改6脉冲整流为12脉冲整流,这种方法对提高UPS输入功率因数和降低输入电流谐波成分是有效的,但是它的输入端同样要设置滤波器,所以不能从根本上解决柴油发电机系统与UPS的匹配问题。在本书第4章中介绍了改善UPS输入功率因数的方法,其中最有效的办法是把叨,S输入端AC仍C整流电路改为高频整流(PFC)电路(如第2章图2-51和第4章图4-28所示),因为这种办法可以在UPS负载0~100范围内都把输入功率因数提高到0.95以上,当UPS负载超过50A时,可提高到0.98以上,而且输入端无需再加无源LC滤波器,在这样的系统中,可使发电机与UPS的容量配置关系达到1.5:1。

  

  (3)消除系统中设备启动电流冲击

  

  在供电系统中,任何大功率用电设备的启动都会形成过大的启动冲击电流,严重污染电网,造成电网电压下陷。特别是电网掉电后启动柴油发电机系统对系统供电时,会影响柴油发电机系统的正常启动,甚至引起UPS系统故障。图5-7是柴油发电机系统启动时的冲击电流实测波形。

  

  图5-7所示为由1台1OOkVA的电力稳压器 1台8OkVAUPS所组成的UPS供电系统。电网掉电后,UPS转电池逆变向负载供电,而电力稳压器则进入不工作停机状态。柴油发电机系统启动时面临电力稳压器启动和UPS由电池逆变转柴油发电机系统供电的负载电流转移过程,电力稳压器所产生的第1级的开机启动浪涌电流幅值包络线的变化特性为:最大峰值电流是135A,持续期为0.2s左右单极性的瞬态浪涌电流。由UPS所产生的在第2级的开机启动浪涌电流,它出现在第1级的开机启动浪涌电流消失后的3-4s之后。由1台8OkVAUPS所产生的第2级的具有输入电流的缓启动爬升特性的启动电流,输入电流的稳态值是5OA。从测试曲线可知,能对发电机的安全运行造成最大潜在威胁的浪涌电流是来自由1OOkVA的电力稳压器和8OkVA6脉冲型UPS所产生的具有缓启动爬升调制特性的输入电流及其输入谐波电流。

  

  在供电系统中,启动时冲击电流最严重的设备是线性变压器(包括隔离变压器、UPS输入12脉冲整流用变压器和以补偿变压器为主体的交流稳压器),有关冲击电流产生的物理过程、特性和消除办法,请看本章第3节。

  

  产生启动冲击电流的另一个设备是UPS,在市电-柴油发电机系统-UPS供电系统中,市电掉电柴油发电机系统启动正常后,UPS的接入影响主要表现在两个万面,一是负载电流由电池逆变向柴油发电机系统供电的转移,这种转移可能会形成柴油发电机系统负载的突变,另外也不排除在负载转移过程中同时要给UPS电池充电,其变化的瞬态幅值要大于UPS正常对负载供电的输入电流;二是UPS输入端无源滤波器在启动时的容性电流的影响。对于前者,为了降低UPS启动冲击电流对柴油发电机系统的影响,通常要求UH启动时具有"软启动"功能/使启动时的输入电流由零缓慢增加到额定值。UPS沿的慢启动过程对柴油发电机系统-UPS系统的稳定性也是很重要的。下面以Delta变换UPS在柴油发电机系统供电情况下的慢启动过程来说明这一问锤。

  

  由于Delta变换UPS的Delta变换器工作在高频脉宽调制状态,所以UPS开机时,它的慢启动过程可以做得很理想,图5-8所示为S1con480kUPS由柴油发电机带动时的输入慢启动特性实测波形。

  

  UPS机型:SlconDP3480E,480kVM480kW。

  

  UPS冶负载:满载,5OOkW。

  

  慢启动过程:105。

  

  柴油发电机系统:625kV肘5OOkW。

  

  油机在负载启动过程中的频率变化:0.25Hz。

  

  ABB于2000年10月和12月测出了美国另外两种品牌大功率传统双变换UPS输入慢启动特性,如图5-9所示。其中,图5-9(a)是2000年10月测出的,图5-9(b)是2000年12月测出的。从图中可以看出,虽然这两个启动波形不完全相同,但整个过程由两次谐跃完成这一点却是一样的。尽管UPS延迟了启动时间,但并没有消除柴油发电机系统负载突变的问题。

  

  上面的分析和实测数据表明,在改善油机和UPS的匹配关系时,应把重点放在改善UPS输入特性上,包括提高UPS输入功率因数,降低输入电流谐波成份,改善UPS动、负载突变、电池逆变与市电逆变转换等过程的UPS输入电流的变化特性。由于Delta变换UPS输入变换器是一个理想的正弦波电流源,它在输入功率因数、输入电流谐波成分、输入电流的缓变特性(如图2-52至图2-56所示)等方面,都为柴油发电机系统提供了一个理想的负载特性,所以它与柴油发电机系统的容量比可做到1.5:1,而输入端带有一般的可控整流电路的传统双变换UPS,输入AC/DC变换器和附加的无源滤波器都不利于与柴油发电机系统的匹配,这种USP与柴油发电机系统的容量比为2:1至4:1。


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关键词:发电机,发电机组,沈阳柴油发电机组

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