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        UPS電源和柴油發(fā)電機組的匹配問題探析

        2022-02-21 00:49:22陳峰
        科技信息·學術版 2022年3期

        摘要:柴油發(fā)電機組與UPS電源系統(tǒng)具有良好的安全性和可靠性,被廣泛應用于石油平臺、供電等多個領域。UPS電源系統(tǒng)對柴油發(fā)電機組的自動化水平要求高,且要求柴油發(fā)電機組需適應UPS非線性負載等特性。本文對UPS電源和柴油發(fā)電機組的匹配問題進行了闡述,發(fā)現(xiàn)UPS電源和柴油發(fā)電機組在匹配過程中大多會存在頻率漂移、UPS諧波和電壓振蕩等問題,容易發(fā)生機件損壞,致使UPS無法正常運轉(zhuǎn)。隨后,對UPS電源和柴油發(fā)電機組的匹配解決方案展開了探討。

        關鍵詞:UPS;柴油發(fā)電機;匹配

        近些年,柴油發(fā)電機組與UPS組成的電源系統(tǒng)在市區(qū)供電方面發(fā)揮了重要作用。在市區(qū)供電發(fā)生停電時,柴油發(fā)電機組啟動需要耗費一些時間,難以在極短時間內(nèi)實現(xiàn)供電,而UPS雖然可以不間斷地供電,但是供電時間相對較短。一些技術人員巧妙地將柴油發(fā)電機組與UPS系統(tǒng)進行配套,在長延時配置的基礎上,另增加外置充電器,日常運行過程中檢修蓄電池組,以保證設備供電的連續(xù)性。因此,本文在研究UPS電源和柴油發(fā)電機組匹配問題的基礎上,將著重對該問題的解決方案進行探究。

        一、UPS電源和柴油發(fā)電機組的匹配問題

        (一)頻率漂移

        UPS電源系統(tǒng)和柴油發(fā)電機組的匹配過程中,柴油發(fā)電機較易發(fā)生頻率振蕩問題。大多數(shù)情況下,柴油發(fā)電機組的頻率振蕩范圍比電流、電壓的振蕩范圍小,普遍保持在±5%以內(nèi),然而容易造成較大影響,致使UPS電源系統(tǒng)時常處于頻繁工作狀態(tài)。此外,由于柴油發(fā)動機組的負載具有規(guī)律,時而忽大,時而忽小,影響其他機件的工作狀態(tài),且柴油發(fā)動機組在工作時產(chǎn)生噪聲也深受影響。如若柴油發(fā)電機組的振動加劇,機械也會加劇磨損,出現(xiàn)機件損壞的情況,致使UPS電源系統(tǒng)無法正常工作。

        (二)UPS諧波

        柴油發(fā)電機組的輸入電壓波形畸變通常是由于UPS電源系統(tǒng)產(chǎn)生的電流諧波出現(xiàn)分量“倒流”的情況,從而柴油發(fā)電機組輸出電壓的穩(wěn)定性變差,形成震蕩,同時導致柴油發(fā)電機組的輸出電流產(chǎn)生大范圍擺動,且由于該擺動無法調(diào)整, UPS電源系統(tǒng)受到損壞[1]。此外,UPS電源系統(tǒng)由于檢測到柴油發(fā)電機組過電壓或過頻率情況,會自動關斷整流器,由后備電池組向負載供電。如此一來,UPS電源系統(tǒng)處于頻繁工作狀態(tài),易造成電池產(chǎn)生放電循環(huán),從而縮短了UPS電源系統(tǒng)電池壽命,甚至會出現(xiàn)電池電量消耗殆盡情況,致使輸出產(chǎn)生中斷。若頻率變換超出預先設定的極限值時,逆變器頻率變化與旁路電源的頻率變化無法銜接上,旁路靜態(tài)開關將禁止切換到旁路,容易造成UPS電源系統(tǒng)出現(xiàn)損壞。

        (三)電壓振蕩

        UPS電源系統(tǒng)反饋的波動電壓會造成柴油發(fā)電機組的輸出電壓振蕩范圍達±10%至20%,當調(diào)整AVR使其達到最佳時,振蕩依舊大于2%。在UPS電源系統(tǒng)負載仍舊保持穩(wěn)定的條件下,發(fā)電機輸出電流擺動范圍達到±20%至50%,且該擺動無法進行調(diào)整。柴油發(fā)電機組一般采用自動電壓調(diào)節(jié)器對輸出電壓進行調(diào)節(jié), 若為自激式同步交流發(fā)電機,電樞繞組給AVR提供功率源及信號源,如果發(fā)電機帶UPS電源系統(tǒng)負載,因發(fā)電機輸出電壓波形失真,AVR會錯誤地將激磁電流斷開,進行補償,從而使輸出電壓升高[2]。隨機AVR基于已經(jīng)升高的電壓對激磁電流進行控制,從而輸出電壓出現(xiàn)下降,產(chǎn)生輸出電壓高低振蕩情況。AVR有同步輸入動力電的功能,柴油發(fā)電機輸出電壓波形嚴重失真時,UPS電源系統(tǒng)檢測電路會對交流輸入電源質(zhì)量進行判定,結(jié)果為不合格或故障,就會迫使UPS電源系統(tǒng)向蓄電池逆變給負載供電,直至蓄電池的儲能耗盡,最后致使UPS電源系統(tǒng)關機。

        二、UPS電源和柴油發(fā)電機組的匹配解決方案

        (一)校正有源功率因數(shù)

        對UPS輸入端的功率因數(shù)進行校正是UPS電源系統(tǒng)和柴油發(fā)電機組的匹配解決方法之一。首先,使UPS電源系統(tǒng)近乎于一個線性負載,對柴油發(fā)電機組產(chǎn)生較小的諧波電流。功率因數(shù)校正主要分為無源校正和有源校正兩種,大多數(shù)情況下有源功率因數(shù)校正是在整流器后面接一個升壓型變換器。其次,在校正后,輸入電流近乎于一個正弦波,諧波電流可減小到5%以內(nèi),功率因數(shù)可達到0.99。然而這種方法因多用了一級變換器,致使UPS電源系統(tǒng)的可靠性得到降低,更加適用于大功率UPS電源系統(tǒng)。

        (二)消除UPS諧波

        解決UPS電源系統(tǒng)諧波問題,主要有兩個方式,一是消除諧波,即使用濾波器或者有源諧波調(diào)節(jié)器對UPS電源系統(tǒng)的諧波進行全面消除。二是允許UPS電源系統(tǒng)諧波的存在。在實際情況中,如果UPS功率相比柴油發(fā)電機組的功率較小,在功率比為1∶2或1∶5時,可不采用濾波措施對UPS電源系統(tǒng)產(chǎn)生的諧波進行消除。當UPS電源系統(tǒng)和柴油發(fā)電機組的額定功率比為1∶2.5,UPS電源系統(tǒng)產(chǎn)生的諧波在柴油發(fā)電機組的合理范圍。

        (三)合理選擇發(fā)電機組

        柴油發(fā)電機組相比UPS電源系統(tǒng)而言,容量越大,柴油發(fā)電機組的輸出電壓失真就會越小,因此通常選擇的柴油發(fā)電機組輸出功率是UPS容量的2倍以上。只有柴油發(fā)電機組的輸出電壓失真減少到10%至15%,才能保證柴油發(fā)電機組和UPS電源系統(tǒng)可以正常運行[3]。柴油發(fā)電機組的負載率應在60%以上,這樣較為合理。柴油發(fā)電機組的勵磁方式大多以無刷永磁式、刷自勵式為主。無刷永磁式發(fā)電機組的AVR信號源在通常情況下來自發(fā)電機的電樞繞組,功率來源于PMG的電樞繞組,與同步交流發(fā)電機電樞繞組的電勢波波形畸變沒有關系,因此發(fā)電機組帶非線性負載的能力可以得到有效提高,抗無線電干擾能力更強,可保證柴油發(fā)電機的正常工作。

        結(jié)語

        綜上所述,通過校正有源功率因數(shù)、利用濾波器等消除UPS電源諧波,以及根據(jù)柴油發(fā)電機組輸出功率大小和勵磁方式情況合理選擇柴油發(fā)電機組,可以有效解決UPS電源和柴油發(fā)電機組的匹配問題。

        參考文獻:

        [1]朱繼安,劉義. 柴油發(fā)電機組并聯(lián)運行功率振蕩原因探討[J]. 移動電源與車輛,2021,52(02):31-34+30.

        [2]翟曉滿,王慈,李嘉. 某工程SBO電源柴油發(fā)電機組設計優(yōu)化方案[J]. 中國科技信息,2021,(12):65-66.

        [3]宋迪. 民航空管系統(tǒng)UPS電源和發(fā)電機組匹配問題研究與應用[J]. 電子世界,2019,(19):139-140.

        作者簡介:陳峰(1971-08),女,漢族,浙江紹興人,學歷:本科,職稱:工程師,研究方向:通信電源

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