ups系统与发电机组的兼容性介绍

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1、UPSUPS 系统与发电机组的兼容性介绍系统与发电机组的兼容性介绍科技的发展总是快速的、原本不是很难的发电机组也越来越高科技了 、普普通通的技工根本已经无法正确对发电机组进行一个操作了、所以本文将 对发电机组的最新信息和大家一起分享一下、也请大家随时了解相关的资讯。随着 Internet 的发展，数据中心对大功率 UPS 和发电机的需求迅猛增长 ，由此也产生了一些新问题。本文就 UPS 输入端功率因数和输入滤波器对发电 机的影响，进行理论分析和实际案例的说明，以阐明问题产生的原因，进而找 出解决的方法。.发电机组和 UPS 之间的配合问题不间断电源系统的制造商和用户很早就已经注意到发电机组和

2、UPS 之间的 配合问题，特别是由整流器产生的电流谐波对供电系统如发电机组的电压调节 器、UPS 的同步电路产生的不良影响非常明显。因此，UPS 系统工程师们设计了 输入滤波器并把其应用到 UPS 中，成功地在 UPS 应用中控制了电流谐波。这些 滤波器对 UPS 与发电机组的兼容性起到了关键作用。事实上所有的输入滤波器都使用电容器和电感来吸收 UPS 输入端最具破坏 性的电流谐波。输入滤波器的设计考虑了 UPS 电路固有的和在满载情况下的最 大可能的全部谐波畸变的百分比。大多数滤波器的另一个益处是提高带载 UPS 的输入功率因数。然而输入滤波器的应用带来的另一个后果是使 UPS 整体效率 降

3、低。绝大多数滤波器消耗左右的 UPS 功率。输入滤波器的设计一直在有 利和不利因素之间寻求平衡。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，然而新问题与发电机的兼容性又 出现了，替代了老问题。功率因数的问题通常，人们把注

4、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。最新设计的输入滤波器，在减少电流谐波及提高满载情况下的功率因数方 面有了较好的效果。但是在空载或很小负载情况下却衍生出一个电容性超前的 极低的功率因数，特别是那些为了满足 5最大电流失真度的滤波器。一般情 况下，当负载低于 25时大多数 UPS 系统的输入滤波器会

5、导致明显的功率因数 降低。尽管如此，输入功率因数却很少会低于 30，有些新的系统甚至已达到 空载功率因数低于 2，接近于理想的容性负载。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 1520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

6、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。.1 发电机与负载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

7、主发电机同轴的小发电机，传送C 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 E 的大小。定子线圈的磁通量决定发电机的输出电压。发电机定子线圈的内阻以 Z 表示，包括感性和阻性部分；由转子励磁线圈 控制的发电机电动势用交流电压源以 E 表示。假设负载是纯感性的，在向量图 中电流 I 滞后电压 U 正好 90电相位角。如果负载是纯阻性的，U 和 I 的矢量 将重合或同相。实际上多数负载介于纯阻性和纯感性之间。电流通过定子线圈 引起的电压降用电压矢量 IZ 表示。它实际上是两个较小的电压矢量之和，与 I 同相的电阻压降和超前 90的电感压降。在本例

8、中，它恰好与 U 同相。因为 电动势必须等于发电机内阻的电压降和输出电压之和，即矢量 EU 和 IZ 的 矢量和。电压调节器改变 E 可以有效地控制电压 U。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 IZ，也正好反相。则 U 和 IZ 的矢量和小于 U。由于和感性负载时相同的电动势 E 在容性负载时产生了较高的发电机输出 电压，所以电压调节器必须明显地减小旋转磁场。实际上，电压调节器可能 没有足够的范围来完全调节输出电压。所有发电机的转子在一个方向连续励磁 含有永久磁场，即使电压调节

9、器全关，转子仍有足够的磁场对电容负载充电并 产生电压，这种现象称为“自激“。自激的结果是过压或者是电压调节器关机， 发电机的监控系统则认为是电压调节器故障（即“失励“）。这任一种情况都会 引起发电机停机。发电机输出端所接的负载，可能是独立的，也可能是并联的 ，决定于自动切换柜工作的定时和设置。在某些应用中，停电时 UPS 系统是发 电机接入的第一个负载。在其它情况下，UPS 和机械负载同时接入。机械负载 通常有启动接触器，停电后重新闭合需要一定时间，补偿 UPS 输入滤波电容器 的感性电动机负载要有延时。UPS 本身有一段时间称为“软启动“周期，将负载从电池转向发电机，使其输入功率因数提高。然

10、而，UPS 的输入滤波器并不参 与软启动过程，他们连接在 UPS 的输入端是 UPS 的一部分，因此，在某些情况 下，停电时首先接到发电机输出端的主要负载是 UPS 的输入滤波器，它们是高 容性的（有时是纯容性的）。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。增加一个永久性反应电抗来补偿容性负载，通常使用并联缠绕电抗器，接 在 E-G 或发电机输出并联板上。这是很容易实现的，而且成本较低。但是无论 在高负载还是在低负载的情况下，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

11、少，电抗器的数量总是固定的。在滤波电容前安装接触器，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。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。2.2 共振问题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

12、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。近来在关键应用中两个附加因素使得这些问题更普遍。首先，根据用户高 可靠数据处理的要求，计算机设备厂商在其设备中更多地提供冗余电源输入。 现在典型的计算机柜都带有两个或更多电源线。其次，设备经理要求系统支持 在线维护，他们希望在 UPS 关机维护时关键负载也有保护。这两个因素使得典 型数据中心 UPS 的安装数量增加，每台 UPS 的负载容量减少。但是发电机的增 加没有与 UPS 保持一致。在设

13、备经理的眼中发电机通常是备用的，容易安排维 护。另外在一些大的项目中资金压力限制昂贵的大功率发电机组的数量。结果 是每台发电机带更多的 UPS，这是一个令 UPS 厂商高兴发电机厂商烦恼的趋势 。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，最佳的方 案是成立由厂商、工程师、承包商和业主组成的项目小组，对系统进行完全测 试并找出解决办法。典型案例以下是一个 UPS 和发电机兼容性问题的案例，一个在线服务供应商的新建 数据中心在调试运行时发

14、生的。它表明厂商、工程师和用户如何发现并解决问 题的。现场装有 3 套 MGE UPS 3000kVA 系统，每一套由 4 台 75 kVA IGBT 调宽调 频模块组成，可扩展到 6 台。模块的设计负载率是 65，UPS 模块配有输入隔 离变压器和最大 5输入电流谐波滤波器。所有的模块分别连到两组发电机并 联总线，每组总线有 3 台 1600 kW 的发电机，可以扩展到 6 台。每台发电机都 配有电子调压器。每条并联总线的电源转换计划是，在第一批负载接入前，等 待两台发电机并联。第一批负载包含每套系统中的一台 UPS 和部分空调负载。 随着后续发电机的并入，与第一批相同的负载随后加入。在故障

15、模式测试中操 作员发现，带第一批负载的两台发电机中有一台故障时，另一台将出现过压报 警并于 2s 后关机。但是第一批负载远低于一台发电机的容量，因为此时 UPS 的 负载很轻。随即安排了进一步的测试，以确定 UPS 对单台发电机的影响。因为 首先怀疑的是 UPS 的输入环节对调压器的干扰，因此测试的 UPS 不带负载，或 UPS 的逆变器关闭。测试装置包括直流电压和电流表，直接监测场激励线圈， 因为这些参数由调压器控制，可以立即反映出调压器的动作。同时用发电机本 身的仪表监测负载的功率（）、电流电压（VA）、乏（var）。首先用纯阻性负载进行测试以建立基准。它表明随着负载增加励磁电流和 电压上

16、升，如我们所预期。较大的负载电流在发电机内阻 Z 上产生较大的压降 IZ，必须克服它以保持输出电压 U 稳定。接着测试 UPS 对发电机的影响，每 次增加一台。UPS 不带负载，观察 UPS 整流器软启动过程。测试结果很明显调 压器的动作和纯阻性负载时相反。接入两台 UPS 后，调压器已接近允许范围的 边缘，再加一台使得发电机 2s 后进入过载状态。请注意单台 750kVA UPS 对应的负载值。它造成发电机关机实质上却没有真 实负载，每台 UPS 接近 230kvar 的容抗使得功率因数为。由工程师、业主、承包商、供货商和厂商组成的项目小组，在考虑了所有 的可能性后，选择了在每个容性负载上安装反应电抗器的方案。根据前面测试 的数据，厂商为每台 UPS 设计了 200kvar 并联电抗器，并由接触器控制，承包 商在现场将其与 UPS 的输入滤波器并联安装，工程师设计了外部控制电路，它 测发电机的负载，仅当 UPS 由发电机供电且发电机的总 kW 负载低于一个（可调 ）设定值时，才允许电抗器接入。项目小组用修改后的 UP