UPS電源和柴油發(fā)電機(jī)怎樣匹配

UPS電源和柴油發(fā)電機(jī)不兼容的原因主要是UPS的輸入諧波電流引起的輸入功率因數(shù)低而造成的，再一個(gè)就是發(fā)電機(jī)的內(nèi)阻抗大。傳統(tǒng)的解決方案是將發(fā)電機(jī)降額使用，使發(fā)電機(jī)有足夠的容量來(lái)補(bǔ)償由UPS的輸入諧波電流而引起的無(wú)功功率，發(fā)電機(jī)所帶負(fù)載的功耗大約為其額定容量的30％左右。顯然，這屬于一種”大馬拉小車”的現(xiàn)象，是不經(jīng)濟(jì)的，而且柴油發(fā)電機(jī)工作在小負(fù)荷狀態(tài)，使柴油發(fā)電機(jī)組更容易產(chǎn)生故障，降低了柴油發(fā)電機(jī)組的工作可靠性，其原因是柴油發(fā)電機(jī)機(jī)在小負(fù)荷下長(zhǎng)期工作，氣缸內(nèi)溫度較低，正常進(jìn)人氣缸內(nèi)的潤(rùn)滑油不能完全燃燒，而燃油也不能充分燃燒，造成活塞環(huán)處、噴油嘴處積炭嚴(yán)重，氣缸磨損加劇，因而使上述部位加速故障的產(chǎn)生，使柴油機(jī)工作性能下降，排氣冒黑煙。柴油發(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)柴油發(fā)電機(jī)才較為有利?？梢钥闯?，采用柴油發(fā)電機(jī)降額方案來(lái)解決問(wèn)題不是一種根本解決問(wèn)題的方法，根本解決問(wèn)題的方法應(yīng)該是對(duì)UPS輸入端的功率因數(shù)進(jìn)行校正（PFC），使UPS接近于一個(gè)線性負(fù)載，對(duì)電網(wǎng)或發(fā)電機(jī)產(chǎn)生很小的諧波電流。

（1）有源功率因數(shù)校正

功率因數(shù)校正分無(wú)源校正和有源校正，有源功率因數(shù)校正通常是在整流器后接一個(gè)升壓型變換器，圖3，該方法校正效果好，校正后，輸入電流接近于一個(gè)正弦波，功率因數(shù)可達(dá)到0．99，諧波電流可以減小到5％以內(nèi)。但該方法由于多用了一級(jí)變換器，UPS的可靠性就會(huì)下降，在大功率UPS中顯得更為突出，所以有源功率因數(shù)校正一般用于單相輸入的小功率UPS中（25KVA以下），對(duì)于三相輸入的大、中功率的UPS通常采用無(wú)源校正的方法。

（2）LC無(wú)源濾波器校正

由于這種濾波器僅用了LC元件，將它并聯(lián)在整流器的輸入端，對(duì)UPS電源的可靠性沒(méi)有什么影響，對(duì)于三相6脈沖的整流器，其諧波電流主要為5、7次諧波，將濾波器設(shè)計(jì)為對(duì)幅度最大的5次諧波電流的阻抗為零，對(duì)7次諧波電流的阻抗很低，因此，5次和7次諧波電流基本流進(jìn)了濾波器，而不會(huì)反送給柴油發(fā)電機(jī)，引起發(fā)電機(jī)輸出電壓失真。這種方法簡(jiǎn)單，濾波效果也很好，諧波電流總THD可以減小到10％以內(nèi)，功率因數(shù)可以達(dá)到0．95。但缺點(diǎn)是由于加了濾波器，加大了UPS的體積和重量，但UPS的體積和重量大一點(diǎn)并沒(méi)有太大的關(guān)系，關(guān)鍵是要求可靠性高，所以這種LC濾波器校正功率因數(shù)的方法在三相輸入的大、中功率UPS中得到了廣泛的應(yīng)用。

（3） LC無(wú)源濾波器存在的問(wèn)題

由于UPS輕載時(shí)的輸入諧波電流對(duì)交流電源系統(tǒng)影響很小，甚至可以忽略，我們?cè)O(shè)計(jì)的LC濾波器主要考慮UPS滿載時(shí)輸入諧波電流的抑制和改善輸入功率因數(shù)的性能，因此，有無(wú)源濾波器的UPS在空載和輕載時(shí)往往呈現(xiàn)特別低的超前功率因數(shù)，即為電容性負(fù)載，這種情況對(duì)市電的變壓器沒(méi)有什么影響，但是，柴油發(fā)電機(jī)給電容負(fù)載供電時(shí)可能出現(xiàn)輸出電壓過(guò)高或無(wú)激磁而關(guān)機(jī)，造成供電系統(tǒng)嚴(yán)重故障。下面我們來(lái)分析產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因，圖5是發(fā)電機(jī)供電系統(tǒng)簡(jiǎn)化電路圖，U1是發(fā)電機(jī)的電勢(shì)，U1的大小取決于發(fā)電機(jī)的激磁電流。Zs是發(fā)電機(jī)定子的阻抗，Z是負(fù)載的阻抗，Us是發(fā)電機(jī)的輸出電壓，I是負(fù)載電流。

因?yàn)榘l(fā)電機(jī)的電勢(shì)必須等于發(fā)電機(jī)內(nèi)部阻抗和外部負(fù)載阻抗的壓降之和，因此，可以調(diào)節(jié)電壓調(diào)節(jié)器改變發(fā)電機(jī)電勢(shì)U．來(lái)控制發(fā)電機(jī)的輸出電壓。圖5c是發(fā)電機(jī)給純電容性負(fù)載供電時(shí)的向量圖，其中電流向量I超前電壓向量Us90°，內(nèi)部電壓降IZs的相位與電感性負(fù)載時(shí)相反，結(jié)果發(fā)電機(jī)發(fā)出的電勢(shì)U1比輸出的電壓Us小，也就是說(shuō)，較小的電勢(shì)U1就能產(chǎn)生很大的輸出電壓Us。

在這種情況下，為了維持發(fā)電機(jī)輸出電壓Us恒定，電壓調(diào)節(jié)器必須大大地減小轉(zhuǎn)子激磁電流以減小發(fā)電機(jī)電勢(shì)U1，但是因?yàn)榘l(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子都有一定的剩磁，即使電壓調(diào)節(jié)器完全關(guān)閉，仍有足夠的磁場(chǎng)產(chǎn)生輸出電壓，所以電壓調(diào)節(jié)器不可能有足夠的調(diào)節(jié)范圍完全控制輸出電壓。這將導(dǎo)致輸出過(guò)壓，或者電壓調(diào)節(jié)器關(guān)閉，最終使發(fā)電機(jī)關(guān)閉。因此，柴油發(fā)電機(jī)帶電容性負(fù)載時(shí)不能正常工作。UPS在空載或輕載時(shí)屬于電容性負(fù)載，圖5c的情況是實(shí)際存在的。顯然，要解決上述問(wèn)題，必須對(duì)UPS在空載和輕載時(shí)的輸入功率因數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)。具體解決問(wèn)題的方法為：

①在發(fā)電機(jī)所帶的負(fù)載包括UPS和機(jī)房空調(diào)的情況下，可先將空調(diào)設(shè)備加到發(fā)電機(jī)上，具體方法可在UPS的輸入電路上接一個(gè)延時(shí)繼電器，以延緩UPS負(fù)載電力的接通。

②采用帶接觸器的UPS輸入濾波器，當(dāng)UPS輕載時(shí)通過(guò)接觸器自動(dòng)斷開(kāi)濾波器。

UPS電源和柴油發(fā)電機(jī)選型的建議

上文中我們分析了UPS和柴油發(fā)電機(jī)不匹配的原因，并分析了解決問(wèn)題的方法，因此，在工程設(shè)計(jì)時(shí)，只要慎重考慮UPS和柴油發(fā)電機(jī)選型的技術(shù)要求，可以避免它們之間的不匹配，建議如下：

（1）對(duì)于三相輸入的UPS輸入功率因數(shù)不小0．95，THD應(yīng)小于l0％，如果達(dá)不到這個(gè)要求，就需加裝濾波器。并且輸入濾波器應(yīng)帶接入和斷開(kāi)的接觸器，以確保濾波器的電容器不會(huì)造成柴油發(fā)電機(jī)輸出電壓過(guò)高或電壓調(diào)節(jié)器關(guān)閉。UPS的整流器在輸入電源頻率變化范圍小于±10％、輸入電源頻率變化率小于5Hz／s應(yīng)能正常工作。

（2）發(fā)電機(jī)輸出的頻率變換范圍應(yīng)小于±l0％，輸出電源頻率變化率小于5Hz／s。

（3）選擇的柴油發(fā)電機(jī)的電壓調(diào)節(jié)器（AVR）應(yīng)不受機(jī)組輸出電壓波形失真的影響，內(nèi)阻應(yīng)較小。如PMG（永磁發(fā)電機(jī)）激勵(lì)式同步交流發(fā)電機(jī)。

（4）在滿足上述要求時(shí)，發(fā)電機(jī)的容量可按UPS滿載加蓄電池充電時(shí)UPS的輸入功率的l．3～1．5倍考慮。

（5）由于蓄電池的容量越大，則蓄電池的充電功率也就越大，相應(yīng)地發(fā)電機(jī)需求的容量也就要求越大，這樣會(huì)導(dǎo)致成本增加；而且，蓄電池的充電功率越大，則占總負(fù)荷的比重也就越大，在充電結(jié)束時(shí)，發(fā)電機(jī)就可能工作在輕載狀態(tài)，這樣運(yùn)行對(duì)發(fā)電機(jī)也是非常不利的。所以不要將UPS蓄電池的容量選得太大，通常能保證UPS電源工作l0—30分鐘就行，停電時(shí)主要靠發(fā)電機(jī)供電。