UPS供電系統(tǒng)與備用發(fā)電機(jī)之間容量匹配

1引言

相關(guān)的檢測(cè)數(shù)據(jù)表明：對(duì)于同一套UPS供電系統(tǒng)而言，不管它是工作在市電供電條件下、還是工作在發(fā)電機(jī)供電的條件下，它不僅具有幾乎相同的CosΦ,輸入功率因數(shù)PF, 輸入諧波電流絕對(duì)值。而且，還具有非常近似的輸入電流諧波的頻譜分佈曲線。發(fā)電機(jī)電源的高內(nèi)阻是造成UPS供電系統(tǒng)的輸入電壓失真度增大的主要原因, 它極易導(dǎo)致電力穩(wěn)壓器及發(fā)電機(jī)的自動(dòng)調(diào)壓系統(tǒng)發(fā)生”誤動(dòng)作”/”誤調(diào)操作”。 為此，過去為UPS業(yè)界所經(jīng)常釆用的技術(shù)措施是：利用增大發(fā)電機(jī)的輸出功率同UPS的輸出功率的容量比的辦法來(lái)改善發(fā)電機(jī)的帶載特性(其實(shí)質(zhì)是通過增大發(fā)電機(jī)的容量的辦法來(lái)降低發(fā)電機(jī)的內(nèi)阻),從而導(dǎo)致投資成本增大。

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(lái)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。

2，利用發(fā)電機(jī)電源來(lái)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(duì)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(duì)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(chǎng)測(cè)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(duì)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(cè)試結(jié)果，可以推斷出：能對(duì)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(lái)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(lái)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(cè)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(duì)這套UPS供電系統(tǒng)執(zhí)行如下的技術(shù)改進(jìn)：

(a)將原來(lái)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(cè)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(zhǎng)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(lái)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(duì)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。

3， 對(duì)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(duì)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(duì)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?！?、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(lái),并直接用150KVA 的發(fā)電機(jī)來(lái)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(duì)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(cè)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)椋藭r(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(duì)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(lái)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(wú)刷、自勵(lì)磁式的發(fā)電機(jī)和無(wú)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(wú)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(wú)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)。

(2) 對(duì)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(duì)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(duì)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?！薄㈦娏Ψ€(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(lái),并直接用150KVA 的發(fā)電機(jī)來(lái)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(duì)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(cè)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(duì)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)椋藭r(shí)、它必須要提供足