动态ups和柴油发电机组的灵活配置

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1、动态UPS和柴油发电机组的灵活配置PillerPowerSystem摘要为了保护关键设施免受断电的影响,标准方法是安装不间断电源系统(UPS)。通常不管是长时间还是短时间断电都需要进行桥接,所以UPS系统会配合外部柴油发电机使用或直接与柴油发动机组合成柴油机动态UPS(DR-UPS)系统。目前业界已经安装运行了近3250MVA的“动态UPS（RUPS）+外部柴油发电机组”的不间断供电系统，这些系统的可靠运行证明了该系统配置是一种行之有效的解决方案。由于这个组合的独特优势,一些主要的T3和T4级数

2、据中心都采用了这项技术。动态UPS的最新机型在早期数据中心负载较低的情况下,也可以实现前所未有的多种灵活配置与极高的效率。本文主要讨论柴油发电机与动态UPS组合的总体要求,并展示了多种组合方式,以在低压及中压下实现更高的可维护性以及更多的发动机选择的相关内容。此外,还介绍了如何将柴油发电机集成到动态UPS的控制系统中,从而建立一个强大的多功能系统,被称为DeRUPS(电耦合的柴油机动态UPS系统)。这种集成允许以更复杂的设计形式使用外部柴油发电机,如IP系统,同时保持UPS和柴油机实体分离的优势

3、。1现代动态UPS的特点现代动态UPS系统体现了最高的可靠性与极高的效率,系统中的能量储存设备提供了必要的桥接时间。这一系统的日常维护机制非常简单,与静态UPS解决方案相比其对其他设备的影响更小。(1)可靠性动态UPS系统采用最简单也最可靠的方法,就是使用同步电机发电。这一工作原理加上最先进的数字电子控制和用户界面,使其比目前市场上任何单一的UPS系统都具有更高的可靠性。(2)效率和成本现代动态UPS系统采用先进的材料和设计,以实现高达97%的运行效率,低负载时效率高达95%。由于低损耗以及坚固

4、耐用的设计,动态UPS系统往往不需要任何主动冷却式装置,如空调等,从而使系统运行在其整个寿命期间更具¾济性。虽然有时候在项目初期动态UPS系统的投入会超过静态UPS系统。然而,动态系统更为简单的日常维护、更长的使用寿命以及更高的运行效率,将明显地减少总持有成本并可在短短几年时间内就达到收支平衡点。(3)灵活性图1所示拓扑结构使得动态UPS系统可在低压或中压使用,系统可使用电池或飞轮作为储能装置。图1现代动态UPS系统特征及灵活性动态UPS系统与飞轮等动能存储设备结合使用,与基于电池的系统相比,

5、将大大减少占地空间。空出的大量地面空间可以用于安装其他设备或增加净可用技术/生产车间空间。动态UPS系统很容易并联起来从而增加总功率或实现冗余。由于同步发电机的并联是基于强大的、自同步有效的电源,因此无需额外的快速复杂的调控结构。某些动态UPS系统通过利用同步发电机能够提供足够的有功功率,功率因数范围包括滞后0.8至超前0.8,而无需降低超前功率因数。动态UPS系统短路容量为12～14倍的标称电流,从而易于下游配电系统的故障清除，并且无需通过转旁路即可清除下游的短路故障。所有这一切都表明高端应用

6、的动态UPS系统具有高适用性和效益性,高可靠性与全面的持有成本优势。为此,许多大型国际数据中心、银行、工业制造和医院等行业在需要安装新系统时都会毫不犹豫地选择该项技术——动态UPS系统。2桥接时间据统计,96%以上的电源中断持续时间小于3s。储能装置的实际无间断桥接时间为飞轮:0～30s;电池:0～30s(由电池容量而定);柴油发电机:10s到小时(级)。从图2的统计信息可以发现,纯飞轮储能的UPS系统能够处理96%以上停电故障。电池储能UPS系统根据电池规格大小,可以桥接99%的停电。而单独的

7、柴油发电机无法桥接停电后的前10s,因此,为确保所有停电都能够得到桥接,必须采用一个短期的储能装置并结合使用长期的桥接设备,如柴油发电机等。图2中压电网的停电统计3UPS和柴油机的各种组合图3显示了UPS系统和柴油发电机的典型组合,在该组合中柴油发电机在市电停电后起到代替市电电源的作用。这种布局通常用于静态UPS解决方案中。由于用于静态UPS系统中的逆变器通常并非为双向运行而设计的,这一设计是在柴油机运行中为储能装置充电的最简单的方式。如果静态UPS系统是在双变换模式下运转,柴油机的频率波动不会

8、转移到UPS系统的负载侧,而且负载所产生的谐波不会传输到发电机。虽然,静态UPS系统在ECO模式下运转将提高其效率,但给发电机增加了一些弊端,如未过滤的谐波、在UPS输入中无功率因数校正,以及柴油机频率变化等。图3带电池的静态UPS系统与柴油发电机的典型组合这种工作模式是某些现代动态UPS系统不涉及的。先进的动态UPS电源以及柴油机在运行中,都以相同的高效率运行,同时能够保证功率因数校正和谐波滤波。此外,对比传统的静态UPS系统,动态UPS系统与柴油机的组合形式更为广泛。动态UPS系统与电耦合的