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发电机组与科华UPS电源之间如何配合?2020-08-10 15:10

  随着近年来大型数据中心的迅速发展,大功率UPS的应用将越来越多。因为要控制UPS的电池使用量,大功率科华UPS电源的延迟时间基本上是15-30分钟。这样,就需要与发电机组相匹配,为设备提供连续不断的供电。基于以上原因,大功率科华UPS电源与发电机组的匹配与兼容问题成为必然。以下UPS电源厂家将详细介绍。

科华UPS电源

  长期以来,UPS系统的生产厂家和用户都注意到了机组与UPS之间的配合问题,特别是整流器产生的电流谐波对发电机组调压器、UPS同步电路等供电系统的不良影响。因此,UPS系统工程师设计了输入滤波器并将其应用于UPS,成功地控制了UPS使用中的电流谐波。这些滤波器对UPS和发电机组的兼容性起着关键作用。

  事实上,所有输入滤波器都使用电容器和电感器来吸收UPS输入端最具破坏性的电流谐波。输入滤波器规划考虑UPS电路和满载时固有的最大可能谐波失真的百分比。大多数滤波器的另一个优点是提高有载UPS的输入功率因数。然而,使用输入滤波器的另一个结果是降低了UPS的整体功率。大多数过滤器消耗约1%的UPS电源。输入滤波器规划总是在有利因素和不利因素之间寻求平衡。

  为了尽可能提高UPS系统的功率,近年来UPS工程师对输入滤波器的功耗进行了改进。滤波功率的提高很大程度上取决于IGBT技术在UPS规划中的应用。IGBT逆变电源的大功率特性决定了UPS的重新规划。输入滤波器可以吸收部分电流谐波,同时吸收一小部分有功功率。简言之,滤波器中合理元件与电容元件之比降低,UPS体积变小,功率提升。UPS领域的工作似乎已经解决了,但新的问题是UPS与发电机的兼容性问题又出现了,取代了原来的问题。

  功率因数问题

  一般情况下,人们关注科华UPS满载或接近满载的工作状态。大多数工程师都能描述UPS在满载下的工作特性,尤其是输入滤波器的特性,但很少有人对空载或接近空载的情况感兴趣。毕竟,轻载条件下UPS及其电气系统的电流谐波效应很小。然而,UPS空载运行参数,尤其是输入功率因数,对UPS与发电机的兼容性至关重要。

  新设计的输入滤波器在满负荷情况下对降低电流谐波、提高功率因数有良好的效果。然而,在空载或非常小的负载条件下,特别是对于最大电流失真为5%的滤波器,推导出了电容引线的极低功率因数。当UPS系统的输入功率因数低于25%时,功率因数会显著下降。然而,输入功率因数很少低于30%。一些新系统的空载功率因数甚至达到2%以下,接近理想的电容性负载。

  这种情况不影响UPS的功率输出和临界负荷,城市电力变压器和输配电系统不受影响。但是,发电机是不同的。经验丰富的发电机工程师知道发电机在大容量负载下运行会出现异常。当发电机连接到低功率因数负载(通常小于15%-20%容量)时,发电机可能因系统不平衡而停机。应急发电机系统将驱动UPS系统负载,从而引发灾难性事故。停机给临界负荷带来危险的原因有两个:一是需要手动重新启动发电机,必须将UPS电池放电完毕;二是在停机前,发电机可能会引起系统“过电压”,可能会损坏电话设备、消防系统、监控网络甚至UPS模块。更糟糕的是,事故发生后,很难分清责任,查找问题,纠正问题。UPS厂商表示,UPS系统测试情况良好,并指出其他地方的同一设备不存在类似问题。发电机厂家表示是负荷问题,无法调整发电机解决问题。用户工程师一起澄清了他的标准要求,并希望这两个制造商能够兼容。为了了解事故发生的原因和如何避免(或如何在关键用途中找到解决方案),有必要了解发电机和负载之间的工作关系。

  发电机和负载

  发电机依靠电压调节器来控制输出电压。电压调节器检测三相输出电压,并将其平均值与所需电压值进行比较。调节器从发电机内部的辅助电源获取能量,辅助电源通常是与主发电机同轴的小型发电机,并将直流电源传输到发电机转子的磁场励磁线圈。当线圈电流上升或下降时,它控制发电机定子线圈的旋转磁场或电动势的大小。定子线圈的磁通量决定了发电机的输出电压。

  发电机定子线圈内阻用Z表示,包括合理部分和电阻部分;转子励磁线圈控制的发电机电动势由通信电压源E表示,假定负载为纯理性,电流I在矢量中正好滞后于电压U 90°图表。如果负载是纯电阻的,u和I的矢量将重合或同相。事实上,大多数负载都介于纯阻力和纯理性之间。通过定子线圈的电流引起的电压降用电压矢量I×Z表示,它实际上是两个较小的电压矢量之和,即与I同相的电阻电压降和超前90°的电感电压降之和。在这种情况下,它恰好与u相同步,电动势必须等于发电机内阻的电压降与输出电压之和,即矢量e=u和i×Z的矢量和,调压器可以通过改变e来有效地控制电压u。

  现在考虑纯电容负载而不是纯理性负载,发电机内部条件会发生什么变化。此时,电流与合理负载相反。电流I现在在电压矢量u之前,内阻电压降矢量I×Z也在反相。那么u和I×Z的向量和小于u。

  由于在容性负载下,与合理负载相同的电动势E会产生较高的发电机输出电压U,因此电压调节器有必要显著降低旋转磁场。实际上,电压调节器可能没有完全调节输出电压的范围。所有发电机的转子在一个方向上连续激励,并包含一个永久磁场。即使调压器完全关闭,转子仍有一个满意的磁场,使电容器负载充电并产生电压。这种现象被称为“自激”。自励的结果是过压或调压器关闭。发电机监控系统认为是调压器故障(即“失磁”)。任何一种情况都会导致发电机停机。连接到发电机输出端的负载可以是独立的,也可以是并联的,这取决于自动开关柜操作的定时和设置。在某些应用中,UPS系统是断电时连接到发电机的第一个负载。在其他情况下,UPS电源和机械负载连接在一起。机械负载通常有启动接触器。停电后,从一开始就需要一段时间才能关闭。补偿UPS输入滤波电容的合理电机负载应具有延时。UPS电源本身有一段时间称为“软启动”周期,它将负载从电池转向发电机,以提高其输入功率因数。但是,科华UPS电源的输入滤波器不参与软启动过程。它们连接到UPS的输入端,是UPS的一部分。因此,在某些情况下,UPS的输入滤波器是断电时第一个连接到发电机输出端的负载。它们是高容量的(有时是纯容量)。

  解决这一问题的方法是采用功率因数校正。这可以通过多种方式实现,大致如下:

  该装置自动切换柜,使电动机负载在UPS前接通。一些开关设备可能无法做到这一点。此外,电厂工程师可能需要在保护期间独立调试UPS和发电机。

  增加一个永久性无功电抗来补偿电容性负载。一般采用并联电抗器,并与E-G或发电机输出并联板连接。做起来很简单,成本也很低。然而,无论在高负荷还是低负荷工况下,电抗器都会吸收电流并影响负载功率因数。不管有多少个UPS,反应堆的数量总是固定不变的。

  在每个UPS电源中安装一个合理的电抗器来补偿UPS的电容电抗。在低负荷条件下,接触器(选件)控制电抗器的输入。该方法精度较高,但反应器数量大,安装和控制成本高。

  在滤波电容器前面安装一个接触器,在低负载时断开。由于接触器的时间要求精确,控制比较复杂,只能在工厂安装。哪种方法最好取决于现场条件和设备性能。

  共振问题

  电容自激问题可能会被其他电气条件(如串联谐振)加剧或掩盖。当发电机电感的欧姆值与输入滤波电容的欧姆值相近,系统电阻较小时,会产生振动,电压可能超过电力系统的额定值。新规划的UPS系统基本上是100%的电容输入阻抗。500KVA UPS可能具有150 kvar电容器,功率因数接近于零。并联电感、串联扼流圈和输入隔离变压器是UPS的常用部件,它们是合理的。事实上,它们和滤波器的电容一起,使UPS的整体性能具有电容性。也许UPS内部有些震动。再加上与UPS相连的电源线的电容特性,整个系统的复杂性大大提高,这超出了普通工程师的分析范围。

  最近,在使用要领时增加了两个元素,使这些问题更加常见。首先,根据用户对高可靠性数据处理的要求,计算机设备制造商在其设备中提供更多的冗余电源输入。一个典型的计算机机柜现在有两条或更多条电源线。其次,设备管理者要求系统支持在线保护,他们希望在UPS关闭时保护关键负载。这两个因素增加了典型数据中心中UPS设备的数量,降低了每个UPS的负载能力。但是,增加发电机与UPS不一致。在设备经理看来,发电机一般是备用的,保护布置简单。此外,在一些大型项目中,资金压力制约了昂贵的高功率发电机组的数量。因此,每台发电机都有更多的不间断电源,这是一个趋势,使UPS制造商高兴,发电机制造商担心。

  防止自激和振动的最好办法是物理学的基础知识。工程师应仔细确认UPS电源系统在所有负载条件下的功率因数特性。UPS设备安装完毕后,业主应坚持全面试验,并在调试和检查时仔细测量整个系统的运行参数。当发现问题时,最好的解决方案是成立一个由制造商、工程师、承包商和业主组成的项目团队,对系统进行全面测试并找出解决方案。