UPS电源和柴油发电机组的匹配问题

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1、UPS电源和柴油发电机组的匹配问题1前言　　　　许多重要负载需要为它提供稳定、可靠和不间断的交流电源，如互联网的数据中心(IDC)和移动通讯系统中的归属位置寄存器(HLR)等。UPS就是为这些关键负载提供交流不间断电源的设备，在市电正常时，UPS从市电获取能源，经过电力变换和调节，消除市电线路上的各种干扰，为负载提供频率和电压幅值稳定的纯净电源，使负载能够可靠稳定地运行。在市电停电后，UPS利用内部蓄电池的储能，经过逆变器的转换，不间断地为负载提供稳定可靠的交流电源。如果遇到较长时间的停电，显然，仅

2、靠蓄电池供电是不够的，因为蓄电池的容量有限，不可能长时间地供电，因此，需要为UPS系统配置发电机组来解决长时间停电的问题。　　　　许多现场经验表明，当UPS和选用采用的柴油发电机匹配不当时，会出现一些异常现象，如发电机的输出电压和频率不稳、电压波形严重失真、绕组发热和震动等，严重时发电机和UPS根本不能运行。因此，在进行系统设计时应特别注意确保UPS能够很好地与发电机匹配，要做到这些，我们首先必须了解发电机的负载特性和UPS输入特性。　　　　2在线式双变换UPS输入特性　　　　目前应用的UPS主要有

3、后备式UPS、在线互动式UPS、在线式双变换UPS和Delta变换式UPS，在中、大功率的图l在线式双变换UPS系统结构示意图。　　UPS系统中，在线式双变换UPS应用最为广泛，其技术性能也是这几类中最优的，但与柴油发电机的匹配问题也是这种UPS最为突出，下面我们来分析这种UPs的输入特性：从该UPS的系统结构可以看出，输入端是一个整流器，在大、中功率的UPS中这种双变换的UPs一般都采用三相输入的6脉冲可控硅的相控整流器，如图2。　　在经过了整流滤波后，输入电流发生了严重畸变，成了一个脉冲波形，而

4、不是和输入电压相同的正弦波，图2中给出了A相电压和电流的波形图。B相和C相电压和电流的波形图是一样的，只是在相位上彼此相差120度，显然，这类UPS作为负载时属于非线性负载。6脉冲整流器的输入电流，可用富氏级数展开成基波分量和包含有许多谐波分量的正弦波电流，由于输入电流的正、负半周是对称的，所以谐波中不会含有偶次谐波；又由于6脉冲的整流电路中，在理想情况下，每次只会有两个整流管导通，只会有两相同时出现电流，一相进，一相出，总有ia+ib+ic=0，也就是说谐波中不会出现零序谐波电流(三相谐波电流具有

5、相同的数值和方向)，即第3、6、9、12、15……次谐波，那么在这种6脉冲的整流电路中只会有5、7、11、13……次谐波电流。输入电流的THD在30％以上，能量主要集中在5次和7次谐波。其中5、11……为负序电流谐波(和基波相序相反的谐波)，7、13……为正序电流谐波(和基波相序相同的谐波)。　　3谐波电流对发电机的影响　　　　(1)引起电压失真　　　　在交流电源系统中，非线性负载可以等效为一个线性负载和一系列的谐波电流源的并联，相当于负载从交流电源吸收基波电流并向交流电源反馈谐波电流。谐波电流流过

6、电源内阻Zn时将产生各次谐波电压。第N次谐波电压为：Un=InZn电源输出电压Us等于基波电压和谐波电压的向量和，谐波电压叠加在基波上必然引起电源电压波形失真。　　　　电源电压总谐波失真为：　　　U1电源基波电压；Um各次谐波电压；Us电源输出电压；Zm电源内阻；n整数　　　　由上式可见，负载谐波电流和电源内阻越大，电源电压波形失真越大，市电电源内阻抗很小，吸收谐波电流的能力很强，一般不会造成不可接受的电压失真。但柴油发电机的内阻抗较大，很容易受负载谐波的影响，产生较大的电压失真。因此，应尽力减小负

7、载谐波电流和电源内阻。　　(2)谐波电流在电路中流动时，使柴油发电机绕组发热，导致发电机可靠性和寿命降低。　　　　(3)输出电压不稳发电机多采用自动电压调节器(AVR)调节输出电压，对于自激式同步交流发电机，电枢绕组给AVR同时提供功率源及信号源，如果发电机带UPS负载，由于发电机输出电压波形失真，AVR可能会错误地断开激磁电流进行补偿，必然使输出电压升得太高。接着AVR又根据升高的电压控制激磁电流，使输出电压下降。结果造成输出电压高低振荡。　　　　(4)输入功率因数低　　　　输入功率因数为：　其中

8、：输入电压，输入电流，有效值　　　　I1输入电流基波有效值；α是输入电压，输入电流的相位差　　　　从上式可以看出，功率因数由两部分组成，cosα1是由电压与基波电流之间的相位差引起，I1/I这部分由电流的谐波引起，只要输入电流发生畸变，功率因数就总是小于1,畸变越大则功率因数越小。或者说，输入电流谐波成分越大则功率因数越小。图2形式的整流器功率因数大约在0.8左右，如果滤波电容后加电感，功率因数可达到0.9。　　　　4发电机的输出电压不稳和波形失真对UPS的反作用