“1+1”UPS并機(jī)系統(tǒng)供電系統(tǒng)研究

通過適當(dāng)?shù)亍卞e(cuò)開”兩臺(tái)電力穩(wěn)壓器的”開機(jī)啟動(dòng)浪涌電流”的發(fā)生時(shí)間及適當(dāng)?shù)卣{(diào)低電力穩(wěn)壓器的穩(wěn)壓精度，就能用1臺(tái)150KVA發(fā)電機(jī)來驅(qū)動(dòng)由兩臺(tái)100KVA電力穩(wěn)壓器+80KVA“1+1”UPS并機(jī)系統(tǒng)所組成的UPS供電系統(tǒng), 從而達(dá)到節(jié)約投資和運(yùn)行成本的目的。

1、利用發(fā)電機(jī)電源來驅(qū)動(dòng)80KVA”1+1”UPS并機(jī)系統(tǒng)時(shí)、所釆用的技術(shù)改進(jìn)措施

在民航的空管系統(tǒng)用的UPS供電系統(tǒng)中、為使得UPS并機(jī)系統(tǒng)能適應(yīng)輸入電網(wǎng)的電壓波動(dòng)范圍大的應(yīng)用條件，需要在備用發(fā)電機(jī)與UPS供電系統(tǒng)之間增配電力穩(wěn)壓器（見圖1）。對于這樣的UPS供電系統(tǒng)而言，處于”串聯(lián)工作狀態(tài)”中的電力穩(wěn)壓器不會(huì)對它的輸入諧波特性產(chǎn)生任何實(shí)質(zhì)性的影響。根據(jù)過去所獲得的相關(guān)的現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)、可以發(fā)現(xiàn)：電力穩(wěn)壓器與UPS的輸入電壓和輸入電流不僅具有非常相似的工作波形和基本相同的輸入諧波特性參數(shù)(例如：CosΦ、功率因數(shù)PF、輸入電流峰值比KF電流、輸入電壓的峰值比CF電壓、輸入電流諧波分量THDI和輸入電壓諧波分量THDV等參數(shù))。而且，它們的輸入電流諧波分量的頻譜分佈曲線也具有非常相似的變化規(guī)律。根據(jù)前期的在市供電條件下對由110KVA發(fā)電機(jī)+兩臺(tái)100KV電力穩(wěn)壓器+兩臺(tái)6脈沖型80KVA”1+1”UPS冗余并機(jī)系統(tǒng)所獲得的測試結(jié)果，可以推斷出：能對發(fā)電機(jī)的安全運(yùn)行造成”最大的潛在威脅”的禍根是來自由兩臺(tái)100KVA的電力穩(wěn)壓器所產(chǎn)生的單極性的”開機(jī)啟動(dòng)”浪涌電流,而不是來自由兩臺(tái)80KVA 6脈沖型UPS所產(chǎn)生的具有”緩啟動(dòng)爬升”調(diào)制特性的雙極性的輸入電流及其輸入諧波電流。相關(guān)的測試數(shù)據(jù)顯示，所需的發(fā)電機(jī)的輸出功率應(yīng)該大于145KVA。

為確保由電力穩(wěn)壓器+”1+1”UPS并機(jī)系統(tǒng)所組成的供電系統(tǒng)、在發(fā)電機(jī)供電的條件下，也能安全和可靠地工作，需要對這套UPS供電系統(tǒng)執(zhí)行如下的技術(shù)改進(jìn)：

（a） 將原來的輸出功率為110KVA的備用發(fā)電機(jī)組調(diào)換為150KVA的備用發(fā)電機(jī)(常行功率);

（b） 考慮到：因發(fā)電機(jī)電源被投入到電力穩(wěn)壓器的輸入端上的時(shí)刻、可能出現(xiàn)在具有正弦波形的交流電源的”不同相位點(diǎn)上”，并進(jìn)而導(dǎo)致它的”開機(jī)啟動(dòng)浪涌電流”的幅值會(huì)發(fā)生較大差異的工作特性(其變化規(guī)律是：當(dāng)發(fā)電機(jī)電源的投入的時(shí)刻出現(xiàn)在正弦波的電壓峰值處時(shí)、它的輸入啟動(dòng)浪涌電流的幅值為最小值。當(dāng)它的投入的時(shí)刻出現(xiàn)在正弦波的電壓”過零奌”處時(shí)、其啟動(dòng)浪涌電流的幅值為最大值)。鑒于在過去的測試中、在兩臺(tái)電力穩(wěn)壓器的輸入端上所曾經(jīng)記錄到的它們的最大”開機(jī)啟動(dòng)浪涌電流”是一串幅值為220A左右，持續(xù)時(shí)間較長達(dá)到0.2秒左右的單極性衰減波形。為改善發(fā)電機(jī)的運(yùn)行環(huán)境,盡可能地降低由電力穩(wěn)壓器的”開機(jī)啟動(dòng)浪涌電流” 所可能帶來的不利影響。建議相應(yīng)的電力穩(wěn)壓器廠家：將兩臺(tái)穩(wěn)壓器的”開機(jī)啟動(dòng)時(shí)間”錯(cuò)開3秒左右。

（c） 為改善發(fā)電機(jī)的運(yùn)行條件，建議相應(yīng)的UPS廠家：對80KVA”1+1”UPS并機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行”再調(diào)整”，以便盡量地減小兩臺(tái)UPS之間的輸入電流和輸出電流的均流”不平衡度”(通常的期望值<5%)及它們之間的”環(huán)流”,從而提高UPS并機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性的目的。

圖1:1+1型冗余并機(jī)ＵＰＳ供電系統(tǒng)（6脈沖型ＵＰＳ）

2、對由發(fā)電機(jī)、電力穩(wěn)壓器和UPS冗余并機(jī)供電系統(tǒng)所組成的供電系

統(tǒng)所執(zhí)行的”系統(tǒng)匹配性”的調(diào)控操作

在對如圖1所示的由發(fā)電機(jī)、電力穩(wěn)壓器和UPS并機(jī)供電系統(tǒng)所組成的供電系統(tǒng)所執(zhí)行的”系統(tǒng)匹配性”的調(diào)控操作時(shí)，曾先后進(jìn)行過如下調(diào)整步驟、才最終使得這套UPS供電系統(tǒng)進(jìn)入穩(wěn)定、可靠的運(yùn)行工作狀態(tài)之下：

（a） 當(dāng)150KVA的發(fā)電機(jī)被開機(jī)啟動(dòng)、并等待它進(jìn)入穩(wěn)定工作狀態(tài)之后，在對這套UPS供電系統(tǒng)的輸入端、執(zhí)行市電供轉(zhuǎn)入發(fā)電機(jī)供電的切換操作時(shí)，卻出現(xiàn)了發(fā)電機(jī)的聲音”異常”、電力穩(wěn)壓器的輸出不穩(wěn)，并頻繁地調(diào)節(jié)其輸出電壓等不正常工作現(xiàn)象(注：此時(shí)發(fā)現(xiàn)：位于伺服調(diào)控型的電力穩(wěn)壓器中的碳刷進(jìn)入頻繁的” 不停的上、下移動(dòng)”的”誤調(diào)”工作狀態(tài)之中)。在此條件下，位于6脈沖型的80KVA”1+1”UPS并機(jī)系統(tǒng)中的1臺(tái)UPS的逆變器因輸入電源的電壓和頻率的”嚴(yán)重不穩(wěn)”而進(jìn)入”自動(dòng)關(guān)機(jī)”狀態(tài)。

（b） 此時(shí)，將電力穩(wěn)壓器從這套UPS供電系統(tǒng)中脫離出來,并直接用150KVA 的發(fā)電機(jī)來直接驅(qū)動(dòng)”1+1”UPS并機(jī)系統(tǒng)。運(yùn)行結(jié)果表明：工作基本正常。

對于這臺(tái)150KVA的發(fā)電機(jī)而言，它的標(biāo)稱工作電流為217A,短時(shí)的最大工作電流可達(dá)239A。發(fā)電機(jī)的總負(fù)載包括：”1+1”UPS并機(jī)系統(tǒng)，空調(diào)機(jī)組及照明等負(fù)載。在進(jìn)行此次發(fā)電機(jī)帶載調(diào)試時(shí)，實(shí)測到的發(fā)電機(jī)的總輸出電流為90A左右。根據(jù)過去的工作經(jīng)驗(yàn)：利用這臺(tái)150KVA 發(fā)電機(jī)應(yīng)該是能夠驅(qū)動(dòng)后接的6脈沖型UPS供電系統(tǒng)的。這是因?yàn)?，此時(shí)的發(fā)電機(jī)標(biāo)稱輸出電流與后接的負(fù)載電流的實(shí)際容量比已達(dá)2.4倍左右。因此，它暗示我們：導(dǎo)致這臺(tái)發(fā)電機(jī)不能正常驅(qū)動(dòng)這套由發(fā)電機(jī)、電力穩(wěn)壓器和UPS并機(jī)供電系統(tǒng)所組成的供電系統(tǒng)主要原因應(yīng)該是：電力穩(wěn)壓器的”誤動(dòng)作”,而不是發(fā)電機(jī)的容量不足的問題。

（c） 眾所周知：對發(fā)電機(jī)供電系統(tǒng)而言，它的最惡劣工作條件是發(fā)生在電機(jī)組剛被投入到它的后接UPS供電系統(tǒng)的輸入端的瞬間。因?yàn)?，此時(shí)、它必須要提供足夠大的瞬態(tài)電流來滿足由后接的電感性的電力穩(wěn)壓器所可能產(chǎn)生的開機(jī)啟動(dòng)瞬態(tài)浪涌電流。目前，有兩種發(fā)電機(jī)型可供我們選擇：無刷、自勵(lì)磁式的發(fā)電機(jī)和無刷、永磁發(fā)電機(jī)勵(lì)磁式的發(fā)電機(jī)。相關(guān)的運(yùn)行統(tǒng)計(jì)資料表明：無刷、永磁發(fā)電機(jī)勵(lì)磁式發(fā)電機(jī)的帶瞬態(tài)浪涌電流的抗”沖擊”的能力是優(yōu)于無刷自激勵(lì)勵(lì)磁式的發(fā)電機(jī)的帶瞬態(tài)浪涌電流” 沖擊”能力的(有的資料稱，可提高1.4倍左右)。鑒于目前現(xiàn)有的發(fā)電機(jī)是屬于無刷、自勵(lì)磁式的發(fā)電機(jī)。相對地而言，它的瞬態(tài)帶載能力較弱。在此背景下，為了盡可能地發(fā)揮這種發(fā)電機(jī)的潛在驅(qū)動(dòng)能力和為后接的UPS供電系統(tǒng)提供盡可能良好的運(yùn)行環(huán)境。在調(diào)試中，釆用將它的輸出電壓從402V調(diào)節(jié)到396V, 工作頻率從50Hz調(diào)到51Hz的技術(shù)措施。這是因?yàn)椋簩τ谔囟ǖ陌l(fā)電機(jī)而言，如果適當(dāng)?shù)貙⑺妮敵鲱l率調(diào)高的話,會(huì)有利于提高它的輸出功率。在釆取這種措施后、所進(jìn)行的發(fā)電機(jī)帶載實(shí)驗(yàn)證實(shí)：它的確可以使得UPS供電系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)獲得了進(jìn)一步的改善。然而，此時(shí)的運(yùn)行狀態(tài)仍不能達(dá)到令人滿意的程度。主要表現(xiàn)為：發(fā)電機(jī)的輸出電壓仍然不夠穩(wěn)定和聲音仍有”異常”。

（d） 根據(jù)過去的測試數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)：對于同一套的UPS供電系統(tǒng)而言，不論它是處于市電供電、還是處于發(fā)電機(jī)供電的條件下運(yùn)行，它可能反饋到輸入電源的諧波電流是基本相同的、不會(huì)有數(shù)量級(jí)的變化。在此條件下，釆用發(fā)電機(jī)電源供電方式與釆用市電電源供電方式所可能帶來的主要變化是：發(fā)電機(jī)電源的內(nèi)阻明顯地高于市電電源的內(nèi)阻。因此，在將釆用發(fā)電機(jī)電源帶載時(shí)的運(yùn)行狀態(tài)同釆用市電電源帶載時(shí)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行比較時(shí)、就可發(fā)現(xiàn)：它對輸入電源所可能產(chǎn)生的影響是：將會(huì)導(dǎo)致供電電源的輸入電壓諧波分量THDV增大，從而致使它的輸入電壓波形的畸變度有所增大。

如圖2所示，同市電供時(shí)、出現(xiàn)在兩臺(tái)UPS輸入端的的電壓波形相比，當(dāng)改用發(fā)電機(jī)供電時(shí)，出現(xiàn)在它的輸入電壓波形上的畸變度明顯地增大(此時(shí)，可在它的電壓波形上、觀察到頻率較高的瞬態(tài)”電壓躍變”現(xiàn)象)。眾所周知：當(dāng)這種畸變度增大的電壓信號(hào)被送同時(shí)到發(fā)電機(jī)和電力穩(wěn)壓器的自動(dòng)穩(wěn)壓調(diào)控線路中的電壓釆樣信號(hào)線路的輸入端上時(shí)、由此所造成的惡果之一是：迫使位于伺服調(diào)控式電力穩(wěn)壓器中的僅具有25V/秒左右的低速跟蹤運(yùn)動(dòng)特性的碳刷所執(zhí)行的”慢速機(jī)械移動(dòng)”的調(diào)控操作、始終無法同步跟蹤從電子控制線路所發(fā)出的高速自動(dòng)調(diào)壓控制信號(hào)。這是因?yàn)樘妓⑺鶊?zhí)行的是具有極大延時(shí)特性的、機(jī)械移動(dòng)式的自動(dòng)調(diào)壓操作，從而迫使電力穩(wěn)壓器進(jìn)入一種具有明顯”滯后跟蹤”特性的、“自激振蕩式”的“誤調(diào)”的工作狀態(tài)之中（其表現(xiàn)為：碳刷始終處于無規(guī)則的、不停的“上、下移動(dòng)”之中），從而使得它始終無法進(jìn)入穩(wěn)定的自動(dòng)調(diào)壓工作狀態(tài)。為改善電力穩(wěn)壓器的運(yùn)行條件，可釆用技術(shù)措施之一是：釆用適當(dāng)?shù)亟档退臉?biāo)稱穩(wěn)壓精度的辦法來達(dá)到盡可能地減少“伺服調(diào)整碳刷”執(zhí)行自動(dòng)調(diào)壓操作的頻度，從而達(dá)到讓它進(jìn)入慢速跟蹤的自動(dòng)調(diào)壓狀態(tài)。在這里，釆用的辦法是：將電力穩(wěn)壓器的輸出電壓的穩(wěn)壓范圍從380V