要改善備用發(fā)電機(jī)組與UPS設(shè)備之間的匹配問題，在盡量選用性能優(yōu)良的柴油發(fā)電機(jī)組的同時，應(yīng)把注意力主要放在改善UPS的輸入特性和改善兩者之間連接方式上。
根據(jù)UPS容量，一般一臺傳統(tǒng)雙變換在線式UPS配套發(fā)電機(jī)組的容量比為2～4倍。事實上，叨淚一般工作在50%～80%額定容量，而對發(fā)電機(jī)組來說，其輸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)備投資，造成了"大馬拉小車"的現(xiàn)象，而且便發(fā)電機(jī)組更容易發(fā)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)電機(jī)的特性，如果長期在小負(fù)荷下工作，氣缸內(nèi)溫度較低，正常進(jìn)入氣缸內(nèi)的潤滑油不能完全燃燒，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，因而加速上述部位故障的產(chǎn)生，便柴柴油發(fā)電機(jī)系統(tǒng)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。通常，發(fā)電機(jī)組工作在負(fù)載超過額定負(fù)載的60%對柴油機(jī)較為有利。
解決這一間題的方法就是，對發(fā)電機(jī)負(fù)載輸入特性進(jìn)行校正。下面，具體介紹幾種常用的方法。
(1)改善系統(tǒng)功率因數(shù)
改善系統(tǒng)功率因數(shù)的方法很多，主要介紹以下幾種。
第一種方法是設(shè)置自動切換柜，便發(fā)電機(jī)的其他負(fù)載先于UPS接入。此方法只適用于大功率柴油發(fā)電機(jī)系統(tǒng)-UPS供電系統(tǒng)。這樣的系統(tǒng)中，除UPS外還有其他性質(zhì)的負(fù)載。這種自動切換柜實現(xiàn)起來有一定的因難，而且在維護(hù)時生產(chǎn)廠商的工程師需要單獨對UPS和發(fā)電機(jī)進(jìn)行調(diào)試。
第二種方法是增加一個永久性感應(yīng)電抗來補(bǔ)償容性負(fù)載，通常使用并聯(lián)線繞電抗器接在發(fā)電機(jī)輸出并聯(lián)板上，這很容易實現(xiàn)而且成本較低，但無論是重負(fù)載還是輕負(fù)載，電抗器總是在吸收電流并影響負(fù)載功率因數(shù)。而且，不論UPS的數(shù)量多少，電抗器的數(shù)量總是固定的。
第三種方法是在每一臺UPS中加裝正好能補(bǔ)償U(kuò)PS容抗的感性電抗器，在低負(fù)載情況下由接觸器(選件)控制電抗器接入。此方法可較精確地設(shè)置電抗器，但數(shù)量較大且安裝和控制的成本高。
第四種方法是在濾波器電容前安裝接觸器，在低負(fù)載時斷開。由于接觸器的時間必須精確，控制比較復(fù)雜，只能在工廠安裝。
第五種方法是在UPS供電系統(tǒng)前面配置混合型有源濾波器DHM，使整個供電系統(tǒng)的輸入功率因數(shù)保持在0.95以上，輸入電流諧波控制在10%以下。
有關(guān)改善系統(tǒng)功率因數(shù)和各種形式的濾波器的"1作原理和在系統(tǒng)中的配置方法，請看本書第4章第5節(jié)。
(2)改善UPS設(shè)備的輸入功率因數(shù)
這里講的不是用增加UPS輸入端無源濾波器方法。對于傳統(tǒng)雙變換在線式UPS，可改6脈沖整流為12脈沖整流，這種方法對提高UPS輸入功率因數(shù)和降低輸入電流諧波成分是有效的，但是它的輸入端同樣要設(shè)置濾波器，所以不能從根本上解決柴油發(fā)電機(jī)系統(tǒng)與UPS的匹配問題。在本書第4章中介紹了改善UPS輸入功率因數(shù)的方法，其中最有效的辦法是把叨，S輸入端AC仍C整流電路改為高頻整流(PFC)電路(如第2章圖2-51和第4章圖4-28所示)，因為這種辦法可以在UPS負(fù)載0～100范圍內(nèi)都把輸入功率因數(shù)提高到0.95以上，當(dāng)UPS負(fù)載超過50A時，可提高到0.98以上，而且輸入端無需再加無源LC濾波器，在這樣的系統(tǒng)中，可使發(fā)電機(jī)與UPS的容量配置關(guān)系達(dá)到1.5:1。
(3)消除系統(tǒng)中設(shè)備啟動電流沖擊
在供電系統(tǒng)中，任何大功率用電設(shè)備的啟動都會形成過大的啟動沖擊電流，嚴(yán)重污染電網(wǎng)，造成電網(wǎng)電壓下陷。特別是電網(wǎng)掉電后啟動柴油發(fā)電機(jī)系統(tǒng)對系統(tǒng)供電時，會影響柴油發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的正常啟動，甚至引起UPS系統(tǒng)故障。圖5-7是柴油發(fā)電機(jī)系統(tǒng)啟動時的沖擊電流實測波形。
圖5-7所示為由1臺1OOkVA的電力穩(wěn)壓器 1臺8OkVAUPS所組成的UPS供電系統(tǒng)。電網(wǎng)掉電后，UPS轉(zhuǎn)電池逆變向負(fù)載供電，而電力穩(wěn)壓器則進(jìn)入不工作停機(jī)狀態(tài)。柴油發(fā)電機(jī)系統(tǒng)啟動時面臨電力穩(wěn)壓器啟動和UPS由電池逆變轉(zhuǎn)柴油發(fā)電機(jī)系統(tǒng)供電的負(fù)載電流轉(zhuǎn)移過程，電力穩(wěn)壓器所產(chǎn)生的第1級的開機(jī)啟動浪涌電流幅值包絡(luò)線的變化特性為:最大峰值電流是135A，持續(xù)期為0.2s左右單極性的瞬態(tài)浪涌電流。由UPS所產(chǎn)生的在第2級的開機(jī)啟動浪涌電流，它出現(xiàn)在第1級的開機(jī)啟動浪涌電流消失后的3-4s之后。由1臺8OkVAUPS所產(chǎn)生的第2級的具有輸入電流的緩啟動爬升特性的啟動電流，輸入電流的穩(wěn)態(tài)值是5OA。從測試曲線可知，能對發(fā)電機(jī)的安全運(yùn)行造成最大潛在威脅的浪涌電流是來自由1OOkVA的電力穩(wěn)壓器和8OkVA6脈沖型UPS所產(chǎn)生的具有緩啟動爬升調(diào)制特性的輸入電流及其輸入諧波電流。
供電系統(tǒng)中，啟動時沖擊電流最嚴(yán)重的設(shè)備是線性變壓器(包括隔離變壓器、UPS輸入12脈沖整流用變壓器和以補(bǔ)償變壓器為主體的交流穩(wěn)壓器)，有關(guān)沖擊電流產(chǎn)生的物理過程、特性和消除辦法，請看本章第3節(jié)。
產(chǎn)生啟動沖擊電流的另一個設(shè)備是UPS，在市電-柴油發(fā)電機(jī)系統(tǒng)-UPS供電系統(tǒng)中，市電掉電柴油發(fā)電機(jī)系統(tǒng)啟動正常后，UPS的接入影響主要表現(xiàn)在兩個萬面，一是負(fù)載電流由電池逆變向柴油發(fā)電機(jī)系統(tǒng)供電的轉(zhuǎn)移，這種轉(zhuǎn)移可能會形成柴油發(fā)電機(jī)系統(tǒng)負(fù)載的突變，另外也不排除在負(fù)載轉(zhuǎn)移過程中同時要給UPS電池充電，其變化的瞬態(tài)幅值要大于UPS正常對負(fù)載供電的輸入電流;二是UPS輸入端無源濾波器在啟動時的容性電流的影響。對于前者，為了降低UPS啟動沖擊電流對柴油發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的影響，通常要求UH啟動時具有"軟啟動"功能/使啟動時的輸入電流由零緩慢增加到額定值。UPS沿的慢啟動過程對柴油發(fā)電機(jī)系統(tǒng)-UPS系統(tǒng)的穩(wěn)定性也是很重要的。下面以Delta變換UPS在柴油發(fā)電機(jī)系統(tǒng)供電情況下的慢啟動過程來說明這一問錘。
由于Delta變換UPS的Delta變換器工作在高頻脈寬調(diào)制狀態(tài)，所以UPS開機(jī)時，它的慢啟動過程可以做得很理想，圖5-8所示為S1con480kUPS由柴油發(fā)電機(jī)帶動時的輸入慢啟動特性實測波形。
UPS機(jī)型:SlconDP3480E，480kVM480kW。
UPS冶負(fù)載:滿載，5OOkW。
慢啟動過程:105。
柴油發(fā)電機(jī)系統(tǒng):625kV肘5OOkW。
油機(jī)在負(fù)載啟動過程中的頻率變化:0.25Hz。
ABB于2000年10月和12月測出了美國另外兩種品牌大功率傳統(tǒng)雙變換UPS輸入慢啟動特性，如圖5-9所示。其中，圖5-9(a)是2000年10月測出的，圖5-9(b)是2000年12月測出的。從圖中可以看出，雖然這兩個啟動波形不完全相同，但整個過程由兩次諧躍完成這一點卻是一樣的。盡管UPS延遲了啟動時間，但并沒有消除柴油發(fā)電機(jī)系統(tǒng)負(fù)載突變的問題。
上面的分析和實測數(shù)據(jù)表明，在改善油機(jī)和UPS的匹配關(guān)系時，應(yīng)把重點放在改善UPS輸入特性上，包括提高UPS輸入功率因數(shù)，降低輸入電流諧波成份，改善UPS動、負(fù)載突變、電池逆變與市電逆變轉(zhuǎn)換等過程的UPS輸入電流的變化特性。由于Delta變換UPS輸入變換器是一個理想的正弦波電流源，它在輸入功率因數(shù)、輸入電流諧波成分、輸入電流的緩變特性(如圖2-52至圖2-56所示)等方面，都為柴油發(fā)電機(jī)系統(tǒng)提供了一個理想的負(fù)載特性，所以它與柴油發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的容量比可做到1.5:1，而輸入端帶有一般的可控整流電路的傳統(tǒng)雙變換UPS，輸入AC/DC變換器和附加的無源濾波器都不利于與柴油發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的匹配，這種USP與柴油發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的容量比為2:1至4:1。
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