UPS供電系統與備用發電機之間容量匹配（二）(圖)
2007/1/20 16:03:07 電源在線網
(b)市電供電與發電機供電條件下，UPS供電系統的輸入電流諧波和輸入電壓諧波特性的比較
6脈沖型80KVA UPS的分別在市電供電和發電機供電條件下、進入穩態工作狀態時的典型輸入電流和輸入電壓的諧波頻譜分佈曲線被示于圖4和圖5中。與此同時，我們還可以得到如表1所示的輸入電流諧波分量THDI%r和輸入電壓諧波分量THDV%r的頻譜分佈特性的參數值。在表2中，還分別顯示出：在市電供電和發電機供電條件下的由兩臺100KVA電力穩壓器+ 80KVA”1+1”UPS并機系統所組成的供電系統的各種典型的輸入諧波參數值。
表1：在市電供電和發電機供電條件下的80KVA的6脈沖UPS的輸入電流諧波分量THDI%r和輸入電壓諧波分量THDV%r的頻譜分佈特性
表2：在市電供電和發電機供電條件下的由兩臺100KVA電力穩壓器+ 80KVA”1+1”UPS并機系統所組成的供電系統的各種典型的輸入諧波參數值(注：UPS并機系統的負載百分比為23%)
從表1和表2可以得出如下結論：
1)對于UPS供電系統而言，無論它是運行在市電供電條件下、還是在發電機供電的條件下運行，它們都具有基本相同的輸入電流諧波工作特性
相關的檢測數據表明：對于同一套UPS供電系統言，不管它是工作在市電供電條件下、還是工作在發電機供電的條件下，它不僅具有幾乎相同的CosΦ,輸入功率因數PF, 輸入諧波電流絕對值。而且，還具有非常近似的輸入電流諧波的頻譜分佈曲線。在這里，需特別說明的是：造成在發電機供電條件下的UPS供電系統的輸入電流諧波分量(注：兩臺電力穩壓器的總輸入端的輸入電流諧波分量和80KVA UPS的輸入端的輸入電流諧波分量THDI分別是24%和40.9%) 小于在市電供電條件下的輸入電流諧波分量(注：兩臺電力穩壓器的總輸入端的輸入電流諧波分量和80KVA UPS的輸入端的輸入電流諧波分量THDI分別是28.4%和44.8%)的原因是：在市電供電的條件下的輸入電流(227V,53A)小于發電機供電條件下的輸入電流(219V,62A)的緣故。按照6脈沖型UPS的工作原理，當它處于低壓，大電流的工作條件下運行時，它的輸入電流諧波分量的相對值(THDI%r)將會有不同程度的下降。
2)發電機電源的高內阻是造成UPS供電系統的輸入電壓失真度增大的主要原因
相關的檢測數據表明：對于同一套UPS供電系統言，當它處于發電機供電的條件下運行時，它的輸入電壓諧波分量明顯地高于在市電供電條件下的輸入電壓諧波分量。我們從這套UPS供電系統上所檢測到的數據是：對于出現在兩臺電力穩壓器的總輸入端的輸入電壓諧波分量而言，在市電供電時和在發電機供電的的THDV分別為2.8%和5.1%。對于在出現80KVA UPS的輸入端的輸入電壓諧波分量而言，在市電供電時和在發電機供電的的THDV分別為3.1%和6.1%。從圖4和5還可觀察到：在驅動相同的整流濾波型非線性UPS負載時，通過降低輸入電源的內阻不僅可以有效地降低UPS的輸入電壓諧波分量THDV。而且，還可以有效地消除由UPS反饋到輸入電源中的高次電流諧波分量THDI(n)%所可能在輸入電源上所產生的高次電壓諧波分量THDV(n)%。例如：當市電供電時，出現在80KVA UPS輸入端的輸入電壓諧波分量主要集中在5次和7次等低次輸入電壓諧波分量上。然而，在釆用具有較高內阻的發電機供電時，我們不僅可以觀察到5次、7次、13次和17次等的輸入電壓諧波分量。而且，還可以觀察到由UPS的IGBT逆變器的脈寬調制所產生41次、47次和49次等的高次輸入電壓諧波分量。為此，過去為UPS業界所經常釆用的技術措施是：利用增大發電機的輸出功率和UPS的輸出功率的容量比的辦法來改善發電機的帶載特性，其實質是通過增大發電機的容量的辦法來降低發電機的內阻。
在此需要說明的一點是：造成出現在兩臺電力穩壓器的總輸入端的輸入電壓諧波分量小于在出現80KVA UPS的輸入端的輸入電壓諧波分量的原因是：有不會產生輸入電流諧波”污染”的空調機和照明負載等負載被同時并聯在UPS的輸入配電柜中的匯流母排上的綠故。
3)6脈沖型80KVA”1+1”UPS并機系統的并機性能尚需進一步改善
眾所周知：為改善由發電機+電力穩壓器+”1+1”UPS并機系統所組成的UPS供電系統的可靠性的技術途徑之一是設法提高UPS并機系統對輸入電源的適應性，可供選擇的技術措施有：
釆用6脈沖+5次諧波濾波器型UPS、12脈沖整流器型UPS或12脈沖+11次諧波濾波器型UPS等辦法來降低它的輸入電流諧波分量。然而，由種種原因所限，對于目前的用戶來說，只能繼續使用原有的6脈沖型80KVA”1+1”UPS并機系統;
提高”1+1”UPS并機系統的并機性能：通過準確的、合理的”并機調機”操作來盡可能地降低UPS并機系統的”環流”和降低兩臺UPS的輸出電流的”均流”不平衡度,從而達到盡可能地提高它對發電機電源的適應能力。
在此次對由發電機+電力穩壓器+”1+1”UPS并機系統所組成的UPS供電系統所執行的”系統匹配性”的調控操作中，唯一沒有得到明顯技術改善的部件是：釆用釆用”熱同步并機”調控技術的UPS冗余并機系統的并機輸出特性較差。有關的并機調控操作的實踐表明：由于種種原因所限，對于這套80KVA”1+1”UPS并機系統而言，它的并機工作特性、至今仍然處于不能令人滿意的工作狀態之中，其主要表現為：
從UPS的LCD顯示屏上所讀取的電流、KVA和KW等UPS的實時運行參數值較大地偏離它的現場實測值,需要重新較正。否則，易于導致相關的操作人員產生”誤解”(注：此類現象，在其它安裝現場、也曾出現過)。
從上表可見：從這種UPS的LCD顯示屏上所獲得的電流的讀數與實測值之間的誤差偏大。
“1+1”UPS并機系統的并機輸出特性較差
根據經過MG24型鉗型電流表校正后所獲得的80KVA”1+1”UPS并機系統的輸入和輸出參數,可以得到這套UPS并機系統的如下并機工作特性：
(a) 在兩臺UPS的輸入功率和輸出功率之間存在有明顯的供配電的不平衡度;
兩臺UPS的A相輸出電流之間的”均流”不平衡度：±20.7%;
兩臺UPS的B相輸出電流之間的”均流”不平衡度：±27.5%;
兩臺UPS的C相輸出電流之間的”均流”不平衡度：±31.4%;
(c)存在于兩臺UPS之間的”環流”偏大(注：”環流”不是從毎臺UPS輸入用戶負載中的
電流，它是在兩臺UPS之間相互流動的電流)
兩臺UPS的A相輸出電流之間的”環流”：7.6A
兩臺UPS的B相輸出電流之間的”環流”：13A;
兩臺UPS的C相輸出電流之間的”環流”：5.2A;
由” 環流”所造成的”額外功耗”約占UPS并機系統的總輸出功率的18%左右。
所有這一切，都說明這套UPS并機系統的并機性能較差。按照目前UPS業界的慣例，UPS并機系統的”均流”不平衡度應小于±5%,環流”小于3-4A的水平。上述檢測數據表明：其并機性能明顯地低于UPS業界的并機性能。
結論
為提高由150KVA發電機+兩臺100KVA電力穩壓器+80KVA“1+1”UPS并機系統所組成的UPS供電系統的運行的可靠性和穩定性，常用的技術措施有：
�。╝） 降低UPS的輸入電流諧波分量：
對于中、大型UPS而言，可選用6脈沖整流+5次諧波濾波器型UPS、12脈沖整流器型UPS、12脈沖整流+11次諧波濾波器型UPS和6脈沖整流+有源濾波器型UPS。對于中、小型UPS而言，可選用IGBT脈寬調制整流器型UPS。
�。╞）增大發電機的輸出功率同UPS輸出功率之間的容量比。
（c）相關的檢測數據表明：對于同一套UPS供電系統言，不管它是工作在市電供電條件下、還是工作在發電機供電的條件下，它不僅具有幾乎相同的CosΦ,輸入功率因數PF, 輸入諧波電流絕對值。而且，還具有非常近似的輸入電流諧波的頻譜分佈曲線。發電機電源的高內阻是造成UPS供電系統的輸入電壓失真度增大的主要原因，它極易導致電力穩壓器及發電機中的自動穩壓線路發生”誤動作”/”誤調操作”， 從而迫使用戶釆用增大發電機輸出功率的技術措施來降低它的內阻，導致投資和營維成本的增加。
�。╠）為盡可能地降低備用發電機的輸出功率同UPS供電系統的輸出功率的容量比，可供選擇的技術措施有：
通過適當地”錯開”兩臺電力穩壓器的”開機啟動浪涌電流”的出現時刻點之間的遲時值及適當地調低電力穩壓器的穩壓精度，就能用150KVA發電機來正常地驅動由兩臺100KVA電力穩壓器+80KVA“1+1”UPS并機系統所組成的UPS供電系統,從而達到避免釆用”過份地”增大發電機容量技術措施的目的(例如：釆用>250KVA以上 的發電機組)。
對于配置有“發電機運行控制信號”的UPS來說，可供用戶選用技術手段是：將來自發電機的主輸出開關上的“發電機工作”輔助觸點信號饋送到UPS的指定干接點通信接口上。此時，我們就可利用這組輸入信號來限制UPS輸入電流及電池充電電流，并禁止逆變器與旁路電源同步，達到同時確保發電機和UPS穩定工作的目。這個特性常用于市電停電后，由容量較小的發電機向UPS供電的用戶。
在電力穩壓器和備用發電機的自動穩壓調控線路的電壓采樣輸入信號線路的前端、增配小功率的5次諧波/11次諧波濾波器。
作者： 李成章
6脈沖型80KVA UPS的分別在市電供電和發電機供電條件下、進入穩態工作狀態時的典型輸入電流和輸入電壓的諧波頻譜分佈曲線被示于圖4和圖5中。與此同時，我們還可以得到如表1所示的輸入電流諧波分量THDI%r和輸入電壓諧波分量THDV%r的頻譜分佈特性的參數值。在表2中，還分別顯示出：在市電供電和發電機供電條件下的由兩臺100KVA電力穩壓器+ 80KVA”1+1”UPS并機系統所組成的供電系統的各種典型的輸入諧波參數值。
表1：在市電供電和發電機供電條件下的80KVA的6脈沖UPS的輸入電流諧波分量THDI%r和輸入電壓諧波分量THDV%r的頻譜分佈特性
表2：在市電供電和發電機供電條件下的由兩臺100KVA電力穩壓器+ 80KVA”1+1”UPS并機系統所組成的供電系統的各種典型的輸入諧波參數值(注：UPS并機系統的負載百分比為23%)
從表1和表2可以得出如下結論：
1)對于UPS供電系統而言，無論它是運行在市電供電條件下、還是在發電機供電的條件下運行，它們都具有基本相同的輸入電流諧波工作特性
相關的檢測數據表明：對于同一套UPS供電系統言，不管它是工作在市電供電條件下、還是工作在發電機供電的條件下，它不僅具有幾乎相同的CosΦ,輸入功率因數PF, 輸入諧波電流絕對值。而且，還具有非常近似的輸入電流諧波的頻譜分佈曲線。在這里，需特別說明的是：造成在發電機供電條件下的UPS供電系統的輸入電流諧波分量(注：兩臺電力穩壓器的總輸入端的輸入電流諧波分量和80KVA UPS的輸入端的輸入電流諧波分量THDI分別是24%和40.9%) 小于在市電供電條件下的輸入電流諧波分量(注：兩臺電力穩壓器的總輸入端的輸入電流諧波分量和80KVA UPS的輸入端的輸入電流諧波分量THDI分別是28.4%和44.8%)的原因是：在市電供電的條件下的輸入電流(227V,53A)小于發電機供電條件下的輸入電流(219V,62A)的緣故。按照6脈沖型UPS的工作原理，當它處于低壓，大電流的工作條件下運行時，它的輸入電流諧波分量的相對值(THDI%r)將會有不同程度的下降。
2)發電機電源的高內阻是造成UPS供電系統的輸入電壓失真度增大的主要原因
相關的檢測數據表明：對于同一套UPS供電系統言，當它處于發電機供電的條件下運行時，它的輸入電壓諧波分量明顯地高于在市電供電條件下的輸入電壓諧波分量。我們從這套UPS供電系統上所檢測到的數據是：對于出現在兩臺電力穩壓器的總輸入端的輸入電壓諧波分量而言，在市電供電時和在發電機供電的的THDV分別為2.8%和5.1%。對于在出現80KVA UPS的輸入端的輸入電壓諧波分量而言，在市電供電時和在發電機供電的的THDV分別為3.1%和6.1%。從圖4和5還可觀察到：在驅動相同的整流濾波型非線性UPS負載時，通過降低輸入電源的內阻不僅可以有效地降低UPS的輸入電壓諧波分量THDV。而且，還可以有效地消除由UPS反饋到輸入電源中的高次電流諧波分量THDI(n)%所可能在輸入電源上所產生的高次電壓諧波分量THDV(n)%。例如：當市電供電時，出現在80KVA UPS輸入端的輸入電壓諧波分量主要集中在5次和7次等低次輸入電壓諧波分量上。然而，在釆用具有較高內阻的發電機供電時，我們不僅可以觀察到5次、7次、13次和17次等的輸入電壓諧波分量。而且，還可以觀察到由UPS的IGBT逆變器的脈寬調制所產生41次、47次和49次等的高次輸入電壓諧波分量。為此，過去為UPS業界所經常釆用的技術措施是：利用增大發電機的輸出功率和UPS的輸出功率的容量比的辦法來改善發電機的帶載特性，其實質是通過增大發電機的容量的辦法來降低發電機的內阻。
在此需要說明的一點是：造成出現在兩臺電力穩壓器的總輸入端的輸入電壓諧波分量小于在出現80KVA UPS的輸入端的輸入電壓諧波分量的原因是：有不會產生輸入電流諧波”污染”的空調機和照明負載等負載被同時并聯在UPS的輸入配電柜中的匯流母排上的綠故。
3)6脈沖型80KVA”1+1”UPS并機系統的并機性能尚需進一步改善
眾所周知：為改善由發電機+電力穩壓器+”1+1”UPS并機系統所組成的UPS供電系統的可靠性的技術途徑之一是設法提高UPS并機系統對輸入電源的適應性，可供選擇的技術措施有：
釆用6脈沖+5次諧波濾波器型UPS、12脈沖整流器型UPS或12脈沖+11次諧波濾波器型UPS等辦法來降低它的輸入電流諧波分量。然而，由種種原因所限，對于目前的用戶來說，只能繼續使用原有的6脈沖型80KVA”1+1”UPS并機系統;
提高”1+1”UPS并機系統的并機性能：通過準確的、合理的”并機調機”操作來盡可能地降低UPS并機系統的”環流”和降低兩臺UPS的輸出電流的”均流”不平衡度,從而達到盡可能地提高它對發電機電源的適應能力。
在此次對由發電機+電力穩壓器+”1+1”UPS并機系統所組成的UPS供電系統所執行的”系統匹配性”的調控操作中，唯一沒有得到明顯技術改善的部件是：釆用釆用”熱同步并機”調控技術的UPS冗余并機系統的并機輸出特性較差。有關的并機調控操作的實踐表明：由于種種原因所限，對于這套80KVA”1+1”UPS并機系統而言，它的并機工作特性、至今仍然處于不能令人滿意的工作狀態之中，其主要表現為：
從UPS的LCD顯示屏上所讀取的電流、KVA和KW等UPS的實時運行參數值較大地偏離它的現場實測值,需要重新較正。否則，易于導致相關的操作人員產生”誤解”(注：此類現象，在其它安裝現場、也曾出現過)。
從上表可見：從這種UPS的LCD顯示屏上所獲得的電流的讀數與實測值之間的誤差偏大。
“1+1”UPS并機系統的并機輸出特性較差
根據經過MG24型鉗型電流表校正后所獲得的80KVA”1+1”UPS并機系統的輸入和輸出參數,可以得到這套UPS并機系統的如下并機工作特性：
(a) 在兩臺UPS的輸入功率和輸出功率之間存在有明顯的供配電的不平衡度;
兩臺UPS的A相輸出電流之間的”均流”不平衡度：±20.7%;
兩臺UPS的B相輸出電流之間的”均流”不平衡度：±27.5%;
兩臺UPS的C相輸出電流之間的”均流”不平衡度：±31.4%;
(c)存在于兩臺UPS之間的”環流”偏大(注：”環流”不是從毎臺UPS輸入用戶負載中的
電流，它是在兩臺UPS之間相互流動的電流)
兩臺UPS的A相輸出電流之間的”環流”：7.6A
兩臺UPS的B相輸出電流之間的”環流”：13A;
兩臺UPS的C相輸出電流之間的”環流”：5.2A;
由” 環流”所造成的”額外功耗”約占UPS并機系統的總輸出功率的18%左右。
所有這一切，都說明這套UPS并機系統的并機性能較差。按照目前UPS業界的慣例，UPS并機系統的”均流”不平衡度應小于±5%,環流”小于3-4A的水平。上述檢測數據表明：其并機性能明顯地低于UPS業界的并機性能。
結論
為提高由150KVA發電機+兩臺100KVA電力穩壓器+80KVA“1+1”UPS并機系統所組成的UPS供電系統的運行的可靠性和穩定性，常用的技術措施有：
�。╝） 降低UPS的輸入電流諧波分量：
對于中、大型UPS而言，可選用6脈沖整流+5次諧波濾波器型UPS、12脈沖整流器型UPS、12脈沖整流+11次諧波濾波器型UPS和6脈沖整流+有源濾波器型UPS。對于中、小型UPS而言，可選用IGBT脈寬調制整流器型UPS。
�。╞）增大發電機的輸出功率同UPS輸出功率之間的容量比。
（c）相關的檢測數據表明：對于同一套UPS供電系統言，不管它是工作在市電供電條件下、還是工作在發電機供電的條件下，它不僅具有幾乎相同的CosΦ,輸入功率因數PF, 輸入諧波電流絕對值。而且，還具有非常近似的輸入電流諧波的頻譜分佈曲線。發電機電源的高內阻是造成UPS供電系統的輸入電壓失真度增大的主要原因，它極易導致電力穩壓器及發電機中的自動穩壓線路發生”誤動作”/”誤調操作”， 從而迫使用戶釆用增大發電機輸出功率的技術措施來降低它的內阻，導致投資和營維成本的增加。
�。╠）為盡可能地降低備用發電機的輸出功率同UPS供電系統的輸出功率的容量比，可供選擇的技術措施有：
通過適當地”錯開”兩臺電力穩壓器的”開機啟動浪涌電流”的出現時刻點之間的遲時值及適當地調低電力穩壓器的穩壓精度，就能用150KVA發電機來正常地驅動由兩臺100KVA電力穩壓器+80KVA“1+1”UPS并機系統所組成的UPS供電系統,從而達到避免釆用”過份地”增大發電機容量技術措施的目的(例如：釆用>250KVA以上 的發電機組)。
對于配置有“發電機運行控制信號”的UPS來說，可供用戶選用技術手段是：將來自發電機的主輸出開關上的“發電機工作”輔助觸點信號饋送到UPS的指定干接點通信接口上。此時，我們就可利用這組輸入信號來限制UPS輸入電流及電池充電電流，并禁止逆變器與旁路電源同步，達到同時確保發電機和UPS穩定工作的目。這個特性常用于市電停電后，由容量較小的發電機向UPS供電的用戶。
在電力穩壓器和備用發電機的自動穩壓調控線路的電壓采樣輸入信號線路的前端、增配小功率的5次諧波/11次諧波濾波器。
作者： 李成章
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