简介 UPS与发电机的兼容性

与发电机的兼容性梅兰日兰电子（中国）有限公司《UPS电源保护方案研讨会》N°2梅兰日兰电子（中国）有限公司THEUNINTERRUPTIBLEPOWERPROVIDER一、发电机组的应用延长后备时间发电机与UPS的兼容性二、发电机与UPS的容量匹配UPS输入的THDI是影响发电机的原因发电机的亚瞬态电抗发电机的输出阻抗网侧其它负载允许的THDU是选择发电机容量的关键结论目录N°3梅兰日兰电子（中国）有限公司THEUNINTERRUPTIBLEPOWERPROVIDER延长供电系统的后备时间在某些应用场合，为了提供足够长的后备时间以应付电网断电，最好使用发电机组来对市电进行备份。这种解决方案避免了使用庞大的电池组来提供较长的后备时间所带来的复杂问题，例如占地面积、承重、维护保养、散热、高成本等。手动旁路整流器充电器/电池负载主交流输入旁路交流输入逆变器静态开关公共电网后备电源发电机组一、发电机组的应用N°4梅兰日兰电子（中国）有限公司THEUNINTERRUPTIBLEPOWERPROVIDERUPS与发电机组的兼容性1）负载的阶跃变化当电气系统连接到发电机组时，沉重的负载将在发电机组上形成较大的冲击电流，严重时将引起发电机组的停止。为了避免这种现象，由发电机供电的主要负载UPS必须配备保证整流器渐进起动的装置，电流的爬升过程会持续大约6到10秒钟。当市电恢复正常时，整流器可以通过一个辅助开关逐渐地停机，以便避免发电机组的“飞车”，骚扰发电机组上的其它负载（精密空调、应急照明等）。t610到秒钟InI整流器充电器/设定的延时斜坡启动一、发电机组的应用N°5梅兰日兰电子（中国）有限公司THEUNINTERRUPTIBLEPOWERPROVIDER发电机组只能提供相当于10％到30%In的容性电流；使用LC滤波器时必须正确分析，以保证发电机组的安全运行；使用带接触器的滤波器或补偿式LC滤波器就可解决这个问题；当使用有源12脉冲滤波器或PFC整流器时则与发电机组完全兼容。一、发电机组的应用UPS与发电机的兼容性2）容性电流——滤波器当UPS输入端安装有LC谐波滤波器时，由于UPS处于起动延时，有功功率等于零，则发电机组只为UPS前端的滤波器提供容性电流；N°6梅兰日兰电子（中国）有限公司THEUNINTERRUPTIBLEPOWERPROVIDERUPS与发电机的兼容性2）容性电流——发电机功率因数曲线一、发电机组的应用N°7梅兰日兰电子（中国）有限公司THEUNINTERRUPTIBLEPOWERPROVIDERUPS与发电机的兼容性2）容性电流——滤波器的功率因数一、发电机组的应用30%负载非补偿LC滤波器N°8梅兰日兰电子（中国）有限公司THEUNINTERRUPTIBLEPOWERPROVIDERUPS与发电机的兼容性3）UPS和发电机组的各自额定功率控制UPS上线母排上的电压谐波失真度，避免对输出阻抗较高的发电机组产生影响。配备有PFC整流器或THM有源12脉冲整流器的UPS，其输入功率因数很高（大于0.9），因此，能最有效地使用发电机组。对于无源LC滤波器，可以采用带接触器的滤波器或补偿式滤波器来解决有关容性电流的问题。一、发电机组的应用N°9梅兰日兰电子（中国）有限公司THEUNINTERRUPTIBLEPOWERPROVIDERUPS与发电机的兼容性4）谐波发电机组的亚瞬态电抗Xd通常比变压器的短路电压U’scx高2~4倍，因此UPS整流器吸收的谐波电流THDI可能会对上线母排的总谐波电压失真度THDU产生更大的影响。一、发电机组的应用N°10梅兰日兰电子（中国）有限公司THEUNINTERRUPTIBLEPOWERPROVIDERUPS与发电机的兼容性5）发电机组频率的稳定性发电机为UPS供电期间，其输出频率可能会发生波动，因为负载的瞬间变化，不能使机械式调速器在瞬间完成调整，所以为UPS供电的发电机必须具有电子调速器装置。发电机频率不稳定的现象可能会对线交互式UPS所带的负载产生问题，因为发电机组的频率变化可能导致这种UPS多次切换到电池供电（频率超限），然后再切换回发电机组，这样的重复现象可能导致发电机与电池组交替供电的“振荡”现象（发电机在频率设置点周围不能稳定）。对双转换式UPS，输出电力由逆变器调节，从而避免了这种问题。一、发电机组的应用N°11梅兰日兰电子（中国）有限公司THEUNINTERRUPTIBLEPOWERPROVIDERUPS输入的THDI是影响发电机的原因发电机的亚瞬态电抗（Sub-transientU’scx=12～20%）U’scx通常大于电力变压器的短路阻抗（U’ccx=4～6%），因此发电机更容易受到非线性负载的影响；在同样的负载电流失真度THDI条件下，发电机的电压失真度THDU大于变压器的THDU。UPS的谐波电流使发电机损耗明显增大磁滞损耗正比于电流频率ph=F(f)；涡流损耗正比于电流频率的平方pe=F(f2)；导线的电流趋肤效应(Skineffect)。发电机的不稳定运行反作用于UPSUPS旁路输入频率频繁地超限、不同步报警；整流器输入电压不稳定、电池频繁放电。二、发电机组与UPS的容量匹配N°12梅兰日兰电子（中国）有限公司THEUNINTERRUPTIBLEPOWERPROVIDER电源阻抗Zs与负载阻抗Zc的比值普通UPS发电机变压器自由频率的脉宽调制UPSZsZc%50_100_0150_输出阻抗的频率响应不同的电源设备具有不同的输出阻抗：输出阻抗随电源频率而改变降低电源阻抗减小输出电压失真度F(Hz)50250(H5)500(H10)750(H15)谐波频率二、发电机组与UPS的容量匹配N°13梅兰日兰电子（中国）有限公司THEUNINTERRUPTIBLEPOWERPROVIDERUPS产生完美的正弦波使用双转换«doubleconversion»技术的UPS连续地再生电压和频率逆变器的软启动消除了对发电机的冲击电流最少地使用电池放电完美的正弦波干扰和谐波频率波动间断和停电电压波动双转换式UPS二、发电机组与UPS的容量匹配N°14梅兰日兰电子（中国）有限公司THEUNINTERRUPTIBLEPOWERPROVIDER最小失真度THDU最优化的效率曲线每毫秒8次换向包络线误差1%输出电压波形自由频率脉宽调制波形1000025507510092959594.5效率(%)负载(%)UPS产生完美的正弦波采用自由频率“free-frequency”脉宽调制技术(专利)对于非线性负载，输出电压谐波失真度THDU小于3%；从25%到100%负载时，具有卓越的高效率。二、发电机组与UPS的容量匹配N°15梅兰日兰电子（中国）有限公司THEUNINTERRUPTIBLEPOWERPROVIDERZsZcZsZc%F(Hz)电源阻抗Zs与负载阻抗Zc的比值普通UPS发电机变压器自由频率的脉宽调制UPS50_100_0150_50250500750*Zs表示变压器、发电机、电源电缆等的阻抗*Zs表示UPS的阻抗U=ZI谐波频率ZsZc输出阻抗对失真度的影响电源的输出电压THDU取决于它自身的输出阻抗二、发电机组与UPS的容量匹配N°16梅兰日兰电子（中国）有限公司THEUNINTERRUPTIBLEPOWERPROVIDERF(Hz)发电机短路电压UPS逆变器短路电压50_100_050250500750150发电机短路电压UCC随谐波频率的增加而线性增大：HnUCC=nxH1UCC自由频率PWM逆变器短路电压UCC与频率的变化基本无关UccH1=1%UccH1=15%UccH52%Ucc%高输出阻抗的发电机不适于非线性负载UccH5=5x15%=75%二、发电机组与UPS的容量匹配N°17梅兰日兰电子（中国）有限公司THEUNINTERRUPTIBLEPOWERPROVIDER具有自由频率PWM逆变器的UPSZ=UccxU2SZ=输出阻抗Ucc=短路电压S=视在功率U=输出电压Z=4x4002=32m2x105100例：200kVA变压器，U=400VUccH1=1%Z=8mZ=32mZ=120m输出阻抗的举例UccH1=4%一般电力变压器UccH1=15%发电机旋转式UPS二、发电机组与UPS的容量匹配N°18梅兰日兰电子（中国）有限公司THEUNINTERRUPTIBLEPOWERPROVIDER20°输出阻抗对失真度的影响（举例）二、发电机组与UPS的容量匹配设：一台功率为1000kVA的变压器，其短路电压Uscx=5%，为一台400kVAUPS供电：P输入=P输出x1.2(经验数值)=400x1.2=480kVA相对短路电压：024.0100048005.0'scxU如果是一台同等容量的发电机组供电，其亚瞬态电抗：X''d=16%，则：U'scx=0.077对应：THDU=17%使用这个数值以及右图中的曲线（控制角20°），可以计算出UPS产生的谐波电流导致的上线电压总谐波失真度为：THDU%=7.4%N°19梅兰日兰电子（中国）有限公司THEUNINTERRUPTIBLEPOWERPROVIDER市电供电，UPS空载发电机供电，UPS空载THDI=22.4%THDU=5.82%PF=0.36UPS输入的THDI是影响发电机的原因二、发电机组与UPS的容量匹配THDI=30.68%THDU=5.21%PF=0.33N°20梅兰日兰电子（中国）有限公司THEUNINTERRUPTIBLEPOWERPROVIDER发电机供电，UPS100%负载THDI=5.8%THDU=5.2%PF=0.96二、发电机组与UPS的容量匹配UPS输入的THDI是影响发电机的原因另一台特殊发电机供电，UPS100%负载THDI=28.7%THDU=34.5%PF=0.76N°21梅兰日兰电子（中国）有限公司THEUNINTERRUPTIBLEPOWERPROVIDER对于不同的负载，下表给出了所允许的THDU值网侧其它负载允许的THDU是选择发电机容量的关键THDU=15%，发电机容量=1.5–2.5倍UPS输出容量;THDU=10%，发电机容量=3–5倍UPS输出容量;THDU=5%，发电机容量=6–7倍UPS输出容量；否则必须在UPS之前加装滤波器，以消除谐波影响，才能使得:发电机容量=1.5～2.5倍UPS额定输出容量二、发电机组与UPS的容量匹配N°22梅兰日兰电子（中国）有限公司THEUNINTERRUPTIBLEPOWERPROVIDER供电设备U’scx变压器3-6%普通发电机12–20%特殊发电机8%由上表及上述举例可见，发电机与UPS配合的好坏或兼容性，主要取决于发电机输出阻抗和UPS的输入电流失真度。结论电源失真度通常以总电压谐波失真度THDU来表示。计算失真度时通常需要以下参数：短路电压U’ccx：用于计算变压器类电源的阻抗，有时也用U’scx表示；亚瞬态电抗X”d：用于计算发电机类电源的阻抗，有时也用U’scx表示。下表给出了各种供电设备的短路电压：二、发电机组与UPS的容量匹配N°23梅兰日兰电子（中国）有限公司THEUNINTERRUPTIBLEPOWERPROVIDER结论除此之外，UPS还应具有与发电机配合的重要功能：UPS应具有斜坡启动功能，保证整流器在发电机上逐渐启动，启动过程应持续大约10秒钟；当市电恢复时，整流器应可以通过一个辅助开关逐渐斜坡停止，从而避免干扰其它负载，防止发电机飞车。UPS还应具有延时启动的功能，防止所有负载在发电机上同时启动，造成发电机过载，延迟时间为0-255秒。UPS应具有发电机运行时的第二级充电限流，防止由于发电机出力不足，而电池组却需要很大充电电流的矛盾，第二级充电限流应为0～0.