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          UPS體系與發機電組的兼容性

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          UPS體系與發機電組的兼容性

          宣布日期:2018-04-18 作者:黔通衆彙 點擊:

          隨著Internet的發展,數據中心對大功率UPS和發機電的需求迅猛增加,由此也發生了一些新成績。本文就UPS輸出端功率因數和輸出濾波器對發機電的影響,停止實際剖析和現實案例的解釋,以說明成績發生的緣由,進而找出處理的辦法。

          發機電組和UPS之間的合營成績

            UPS的臨盆廠商和用戶很早就曾經留意到發機電組和UPS之間的合營成績,特殊是由整流器發生的電流諧波對供電體系如發機電組的電壓調理器、UPS的同步電路發生的不良影響異常顯著。是以,UPS體系工程師們設計了輸出濾波器並把其運用到UPS中,勝利地在UPS運用中掌握了電流諧波。這些濾波器對UPS與發機電組的兼容性起到了癥結感化。

            現實上壹切的輸出濾波器都應用電容器和電感來接收UPS輸出端最具損壞性的電流諧波。輸出濾波器的設計斟酌了UPS電路固有的和在滿載情形下的最大能夠的全體諧波畸變的百分比。大多半濾波器的另外壹個好處是進步帶載UPS的輸出功率因數。但是輸出濾波器的運用帶來的另外壹個效果是使UPS全體效力下降。絕大多半濾波器消費1%閣下的UPS功率。輸出濾波器的設計壹向在有益和晦氣身分之間追求均衡。


            爲了盡量進步UPS體系的效力,近期UPS工程師在輸出濾波器的功耗方面做了改良。濾波器效力的進步,從很大水平上取決于將IGBT(絕緣門級晶體管)技術運用到UPS設計中。IGBT逆變器的高效力招致了對UPS的從新設計。輸出濾波器可以接收某些電流諧波,同時接收很小一部門有功功率。總之,濾波器中理性身分對容性身分的比率下降了,UPS的體積變小了,效力進步了。在UPS範疇的工作似乎得以處理了,但是新成績與發機電的兼容性又湧現了,替換了老成績。

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          功率因數的成績

            平日,人們把留意力放在UPS滿載或接近滿載情形下的任務狀況。絕大多半工程師都能表述滿載情形下的UPS任務特征,特殊是輸出濾波器的特征,但是很少有人對濾波器在空載或接近空載時的狀態感興致。究竟UPS及其電氣體系在輕載狀況下的電流諧波影響很小。但是,UPS空載時的任務參數,特殊是輸出功率因數關於UPS與發機電的兼容性相當主要。

            最新設計的輸出濾波器,在削減電流諧涉及進步滿載情形下的功率因數方面有了較好的後果。然則在空載或很小負載情形下卻衍生出一個電容性超前的極低的功率因數,特殊是那些爲了知足5%最大電流掉真度的濾波器。普通情形下,當負載低于25%時大多半UPS體系的輸出濾波器會招致顯著的功率因數下降。雖然如斯,輸出功率因數卻很少會低于30%,有些新的體系乃至已到達空載功率因數低于2%,接近于幻想的容性負載。

            這類情形不影響UPS輸入和癥結負載,市電變壓器和輸配電體系也不受影響。但發機電就分歧了,有經歷的發機電工程師曉得:發機電帶大容性負載時任務會不正常,當接入較低功率因數負載,典範的低于15%~20%容性時,因為體系掉調,能夠招致發機電停機。在市電停電後湧現這類停機應急發機電體系帶動UPS體系負載將形成災害性變亂。因為下述兩種緣由停機給癥結負載帶來風險:第一,發機電須要手動重啓,而且必需在UPS電池放電停止前;第二,在停機前發機電能夠惹起體系的"過壓",它能夠破壞電話設備、失火體系、監控網絡乃至UPS模塊。更蹩腳的是,在變亂產生後,很難辨別責任,找出成績地點並予以改正。UPS廠商說UPS體系測試無缺,並指出其它處所雷同的設備沒有產生相似成績。發機電廠商說是負載的成績,沒法調劑發機電來處理成績。同時,用戶工程師則解釋他的規格請求,願望兩個廠商互相兼容。要懂得為什麽會產生變亂及若何防止(或若何在癥結運用中找出處理計劃),起首須要懂得發機電與負載的任務關系。

          1發機電與負載

            發機電依附電壓調理器掌握輸入電壓。電壓調理器檢測三相輸入電壓,以其均勻值與請求的電壓值比擬較。調理器從發機電外部的幫助電源獲得能量,平日是與主發機電同軸的小發機電,傳送DC電源給發機電轉子的磁場鼓勵線圈。線圈電流上升或降低,掌握發機電定子線圈的扭轉磁場或稱爲電動勢EMF的巨細。定子線圈的磁通量決議發機電的輸入電壓。

            發機電定子線圈的內阻以Z表現,包含理性和阻性部門;由轉子勵磁線圈掌握的發機電電動勢用交換電壓源以E表現。假定負載是純理性的,在向量圖中電流I滯後電壓U正好90°電相位角。假如負載是純阻性的,U和I的矢量將重合或同相。現實上多半負載介于純阻性和純理性之間。電流暢過定子線圈惹起的電壓降用電壓矢量I×Z表現。它現實上是兩個較小的電壓矢量之和,與I同相的電阻壓降和超前90°的電感壓降。在本例中,它正好與U同相。由於電動必將須等于發機電內阻的電壓降和輸入電壓之和,即矢量E=U和I×Z的矢量和。電壓調理器轉變E可以有用地掌握電壓U。

            如今斟酌用純容性負載取代純理性負載時,發機電的外部情形會產生甚麽變更。這時候的電流和理性負載時正好相反。電流I如今超前電壓矢量U,內阻電壓降矢量I×Z,也正好反相。則U和I×Z的矢量和小于U。

            因為和理性負載時雷同的電動勢E在容性負載時發生了較高的發機電輸入電壓U,所以電壓調理器必需顯著地減小扭轉磁場。現實上,電壓調理器能夠沒有足夠的規模來完整調理輸入電壓。壹切發機電的轉子在一個偏向持續勵磁含有永遠磁場,即便電壓調理器全關,轉子仍有足夠的磁場對電容負載充電並發生電壓,這類景象稱爲"自激"。自激的成果是過壓或許是電壓調理器關機,發機電的監控體系則以為是電壓調理器毛病(即"掉勵")。這任一種情形都邑惹起發機電停機。發機電輸入端所接的負載,多是自力的,也多是並聯的,決議于主動切換櫃任務的準時和設置。在某些運用中,停電時UPS體系是發機電接入的第一個負載。在其它情形下,UPS和機械負載同時接入。機械負載平日有啓動接觸器,停電後從新閉合須要必定時光,賠償UPS輸出濾波電容器的理性電念頭負載要有延時。UPS自己有一段時光稱爲"軟啓動"周期,將負載從電池轉向發機電,使其輸出功率因數進步。但是,UPS的輸出濾波器其實不介入軟啓動進程,他們銜接在UPS的輸出端是UPS的一部門,是以,在某些情形下,停電時起首接到發機電輸入真個重要負載是UPS的輸出濾波器,它們是高容性的(有時是純容性的)。

            處理這一成績的辦法很顯著要用功率因數校訂。這有多種辦法可以完成,大致以下:

            裝置主動切換櫃,使電念頭負載先于UPS接入。某些切換櫃能夠不克不及完成這類辦法。別的,在保護時,工場工程師能夠須要零丁調試UPS和發機電。

            增長一個永遠性反響電抗來賠償容性負載,平日應用並聯環繞糾纏電抗器,接在E-G或發機電輸入並聯板上。這是很輕易完成的,並且本錢較低。然則不管在高負載照樣在低負載的情形下,電抗器老是在接收電流並影響負載功率因數。並且豈論UPS的數目若幹,電抗器的數目老是固定的。

            在每台UPS中加裝理性電抗器,正好賠償UPS的容抗。在低負載情形下由接觸器(選件)掌握電抗器的投入。此辦法電抗器較準確,但數目較大且裝置和掌握的本錢高。

            在濾波電容前裝置接觸器,在低負載時斷開。因為接觸器的時光必需準確,掌握比擬龐雜,只能在工場裝置。

            哪種辦法是最好的,要依據現場的情形和設備的機能來肯定。

          2共振成績

            電容自激成績能夠被其他電氣狀況所減輕或掩飾,如串連共振。當發機電的感抗的歐姆值和輸出濾波器容抗的歐姆值互相拉近,而且體系的電阻值較小時將發生振蕩,電壓能夠超越電力體系的額外值。早先設計的UPS體系本質上爲100%的電容性輸出阻抗。一台500kVA的UPS能夠有150kvar的電容和接近于0的功率因數。並聯電感、串連扼流圈和輸出隔離變壓器是UPS的慣例部件,這些部件都是理性的。現實上他們和濾波器的電容壹路使UPS整體表示爲容性,能夠在UPS外部曾經存在一些振蕩。加上連到UPS的輸電線的電容特征,全部體系的龐雜性大爲進步,超越了普通工程師所能剖析的規模。

            最近在癥結運用中兩個附加身分使得這些成績更廣泛。起首,依據用戶高靠得住數據處置的請求,盤算機設備廠商在其設備中更多地供給冗余電源輸出。如今典範的盤算機櫃都帶有兩個或更多電源線。其次,設備司理請求體系支撐在線保護,他們願望在UPS關機保護時癥結負載也有掩護。這兩個身分使得典範數據中心UPS的裝置數目增長,每台UPS的負載容量削減。然則發機電的增長沒有與UPS堅持分歧。在設備司理的眼中發機電平日是備用的,輕易支配保護。別的在一些大的項目中資金壓力限制昂貴的大功率發機電組的數目。成果是每台發機電帶更多的UPS,這是一個令UPS廠商愉快發機電廠商懊惱的趨向。

            對自激和振蕩的最好防衛是物理學的根本常識。工程師應細心地肯定UPS體系在壹切負載前提下的功率因數特征。UPS設備裝置後,業主應保持周全的測試,在調實驗收時細心丈量全部體系的任務參數。當發明成績時,最好的計劃是成立由廠商、工程師、承包商和業主構成的項目小組,對體系停止完整測試並找出處理方法。

          3典範案例

            以下是一個UPS和發機電兼容性成績的案例,一個在線辦事供給商的新建數據中心在調試運轉時產生的。它註解廠商、工程師和用戶若何發明並處理成績的。

            現場裝有3套MGEUPS3000kVA體系,每套由4台75kVAIGBT調寬調頻模塊構成,可擴大到6台。模塊的設計負載率是65%,UPS模塊配有輸出隔離變壓器和最大5%輸出電流諧波濾波器。壹切的模塊分離連到兩組發機電並聯總線,每組總線有3台1600kW的發機電,可以擴大到6台。每台發機電都配有電子調壓器。每條並聯總線的電源轉換籌劃是,在第一批負載接入前,期待兩台發機電並聯。第一批負載包括每套體系中的一台UPS和部門空調負載。隨著後續發機電的並入,與第一批雷同的負載隨後參加。在毛病形式測試中操作員發明,帶第一批負載的兩台發機電中有一台毛病時,另外壹台將湧現過壓報警並于2s後關機。然則第一批負載遠低于一台發機電的容量,由於此時UPS的負載很輕。隨即支配了進一步的測試,以肯定UPS對單台發機電的影響。由於起首疑惑的是UPS的輸出環節對換壓器的攪擾,是以測試的UPS不帶負載,或UPS的逆變器封閉。測試裝配包含直流電壓和電流表,直接監測場鼓勵線圈,由於這些參數由調壓器掌握,可以立刻反應出調壓器的舉措。同時用發機電自己的儀表監測負載的功率(W)、電流電壓(VA)、乏(var)。

            起首用純阻性負載停止測試以樹立基准。它註解隨著負載增長勵磁電流和電壓上升,如我們所預期。較大的負載電流在發機電內阻Z上發生較大的壓降I×Z,必需戰勝它以堅持輸入電壓U穩固。接著測試UPS對發機電的影響,每次增長一台。UPS不帶負載,視察UPS整流器軟啓動進程。測試成果很顯著調壓器的舉措和純阻性負載時相反。接入兩台UPS後,調壓器已接近許可規模的邊沿,再加一台使得發機電2s落後入過載狀況。

            請留意單台750kVAUPS對應的負載值。它形成發機電關機本質上卻沒有真實負載,每台UPS接近230kvar的容抗使得功率因數爲0。

            由工程師、業主、承包商、供貨商和廠商構成的項目小組,在斟酌了壹切的能夠性後,選擇了在每壹個容性負載上裝置反響電抗器的計劃。依據後面測試的數據,廠商爲每台UPS設計了200kvar並聯電抗器,並由接觸器掌握,承包商在現場將其與UPS的輸出濾波器並聯裝置,工程師設計了內部掌握電路,它測發機電的負載,僅當UPS由發機電供電且發機電的總kW負載低于一個(可調)設定值時,才許可電抗器接入。項目小組用修正後的UPS接入一台發機電從新測試。

            這時候電容的影響仍然存在,電抗器只能均衡部門而不是全體電容。是以,隨著UPS的增長,勵磁電流漸漸削減,但是這其實不會形成成績。由於6台UPS已超越一台發機電的容量,而調壓器仍然正常並掌握著輸入電壓。


          金沙發機電維修組與UPS配套應用時存在的成績


            有研討註解,UPS體系經由過程整流器/充電器從交換配電體系取得電力,關於前真個配電體系而言,UPS體系是一個會惹起正弦波波掉真的非線性負載。發機電較高的內阻(比變壓器高2~3倍)增長了諧波的反作用。當金沙發機電維修與UPS合營應用時,對金沙發機電維修而言輕易湧現發生以下異常景象或許毛病:

          1

          電壓振蕩

            反應的動搖電壓會形成發機電輸入電壓振蕩規模達±10%~±20%。當調劑AVR到達最好時,振蕩仍>2%。

          2

          電流振蕩

            在UPS負載穩固的情形下,發機電輸入電流擺動規模仍達±20%~±50%,而且這類擺動沒法調劑。

          3

          頻率漂移

            頻率振蕩規模在±5%之內,會招致UPS頻仍切換,形成金沙發機電維修負載有紀律的忽大忽小,從而使發機電的電壓、任務噪聲也有紀律地忽大忽小,加大輸入電壓的不穩固。同時發機電組的震撼加重,加快了機械磨損,乃至機件破壞。

          4

          UPS惹起的諧波的管理辦法

            壹切形成正弦波波形掉真的負載,稱之爲非線性負載而且都邑惹起諧波。UPS體系作爲非線性負載發生的諧波對金沙發機電維修的運轉會發生很大的傷害。

          5

          清除諧波

            應用濾波器或有源諧波調理器來部門或全體地清除諧波。

          6

          接收並許可諧波的存在

            在現實運用中,若UPS負載絕對金沙發機電維修組的其他負載來講絕對小許多,也就是說UPS功率比發機電組的功率小許多,在功率比爲1:(2~5)時,UPS體系發生的諧波可不采取濾波辦法。

          7

          額外功率比情形

            某雷達站所裝備的UPS電源和金沙發機電維修組二者的額外功率比爲1:2.5,UPS體系發生的諧波應當在金沙發機電維修組的蒙受規模以內。同時斟酌到該型號的UPS電源和金沙發機電維修組之前在我省其他雷達站已屢次配套應用,沒有湧現UPS的諧波反作用影響到金沙發機電維修組穩固任務的景象,是以我們斷定某雷達站金沙發機電維修組遊車景象應當不是重要由UPS諧波的反作用惹起的。

          8

          初步斷定

            早年面檢討的情形看,金沙發機電維修組豈論是在空載或許是負載的情形下,其轉速和頻率都偏高。當雷達在做平面掃描不雅測時,每完成一個仰角的掃描會關失落高壓,等天線達到下一個指定方位、仰角時,又從新加上高壓(時光距離不到1秒),從配電櫃上可以顯著看出,這時候電流有15A閣下的升降。因為金沙發機電維修組的轉速和頻率都偏高,當其負載忽然升降時,其輸入的交換電電壓、頻率振蕩有能夠超越UPS的順應規模。當UPS設備檢測到發機電輸入電壓剎時在掌握規模表裏漂移,剎時給出分合旌旗燈號,反應到發機電的CB板(焦點掌握電路板),焦點掌握敕令動員機的放射泵增減油量,以包管任務的穩固。然則,因為是剎時的分合、反應,當這類切換頻仍湧現,會招致UPS頻仍切換,反過去形成金沙發機電維修負載有紀律的忽大忽小,從而使發機電的電壓、任務噪聲也有紀律地忽大忽小,發機電組的震撼加重,形成全部掌握進程的惡性輪回,終究招致遊車景象產生。



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