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发电机组与华为UPS不间断电源的配合

发布时间:2021-01-05 15:33人气:

发电机组与华为UPS不间断电源的配合

近年来,大型数据中心发展迅速,将应用于越来越多的大功率华为UPS电源。由于需要控制华为UPS电源中使用的电池数量,大功率华为UPS电源的延迟时间基本上是15-30分钟,因此需要配合发电机组为设备提供连续不断的电源。基于上述原因,有必要面对大功率华为UPS电源与发电机组的匹配和兼容问题。以下是一些个人建议:

1.发电机组与华为UPS电源系统的协调问题发电机组与华为UPS电源系统的制造商和用户早就注意到发电机组与华为UPS电源系统的协调问题,特别是整流器产生的电流谐波对发电机组的调压器、华为UPS电源系统的同步电路等供电系统有明显的不利影响。因此,华为UPS电源系统工程师设计了输入滤波器并将其应用于华为UPS电源,成功地控制了华为UPS电源应用中的电流谐波。这些过滤器在华为UPS电源和发电机组的兼容性中起着关键作用。
2.功率因数新设计的输入滤波器在满负荷情况下对降低电流谐波和提高功率因数有很好的效果。然而,在空载或极小负载的情况下,会产生电容超前的极低功率因数,尤其是那些满足5%最大电流失真的滤波器。
一般来说,当负载小于25%时,大多数华为UPS电源系统的输入滤波器会导致功率因数明显降低。但输入功率因数很少低于30%,一些新系统甚至达到了低于2%的空载功率因数,接近理想容性负载。这种情况不影响UPS输出和关键负载,市电变压器和输配电系统不受影响。
但是,发电机不一样。经验丰富的发电机工程师知道,发电机在负载较大的容性负载时不会正常工作。当与低功率因数负载连接时,通常小于15%~20%的容性负载,发电机可能会因系统不平衡而停机。
停机给临界负荷带来危险的原因有以下两个:一是发电机需要手动重启,而且必须在UPS电池放电之前;二是停机前,发电机可能引起系统过电压,可能损坏电话设备、火灾报警系统、监控网络甚至UPS模块。
要了解事故发生的原因以及如何避免(或者关键应用中如何寻找解决方案),需要了解发电机和负载之间的工作关系。
2.1发电机和负载发电机依靠调压器来控制输出电压。电压调节器检测三相输出电压,并将其平均值与所需电压值进行比较。调节器从发电机内部的辅助电源(通常是与主发电机同轴的小型发电机)获得能量,并将DC功率传输到发电机转子的磁场励磁线圈。线圈电流上升或下降,以控制发电机定子线圈的旋转磁场或电动势。
定子线圈的磁通量决定了发电机的输出电压。发电机定子线圈的内阻用Z表示,包括电感和电阻部分。由转子励磁线圈控制的发电机的电动势由交流电压源用E表示。假设负载是纯感性的,电流I在矢量图中正好比电压U滞后90°。如果负载是纯电阻性的,u和I的矢量将重合或同相。
事实上,大多数负载介于纯电阻和纯电感之间。通过定子线圈的电流引起的电压降用电压矢量I×Z表示..它实际上是两个较小的电压矢量之和,电阻压降与I同相,电感压降在90°之前。在这种情况下,它恰好与u同相。
电动势必须等于发电机内阻压降和输出电压之和,即矢量e=u和I×z的矢量和,通过改变调压器e可以有效控制电压u..现在考虑当纯感性负载被纯容性负载取代时,发电机的内部条件会发生什么变化。此时电流正好与感性负载相反。电流I现在领先电压矢量u,内阻压降矢量I×Z正好反相。u和I×Z的矢量和小于u..
由于与感性负载相同的电动势e在容性负载下产生更高的发电机输出电压u,调压器必须明显减小旋转磁场。实际上,电压调节器可能没有足够的范围来完全调节输出电压。
所有发电机的转子在一个方向上被连续激励,并包含永久磁场。即使调压器完全闭合,转子仍然有足够的磁场给容性负载充电并产生电压。这种现象叫做“自激”。自励磁的结果是调压器过压或停机,发电机监控系统认为是调压器故障(即“失磁”)。任何一种情况都会导致发电机停止。
连接到发电机输出端的负载可以是独立的,也可以是并联的,这取决于自动开关柜的工作时序和设置。在某些应用中,华为UPS电源系统是停电时连接到发电机的第一个负载。在其他情况下,华为UPS电源和机械负载同时连接。机械负载通常有启动接触器。停电后需要一定时间再关闭,UPS输入滤波电容补偿感应电机负载有延时。
华为UPS电源本身有一个周期,称为“软启动”周期,将负载从电池转移到发电机,提高其输入功率因数。但UPS的输入滤波器不参与软启动过程,作为UPS的一部分连接到UPS的输入端。因此,在某些情况下,停电时连接到发电机输出端的主负载是华为UPS电源的输入滤波器,具有很高的电容性(有时是纯电容性)。
这个问题的解决显然需要功率因数校正。实现这一点的方法有很多种,大致如下:安装自动开关柜,让电机负载先于UPS接入。有些开关柜可能无法实现这种方法。此外,在维护期间,工厂工程师可能需要分别调试华为UPS电源和发电机。增加一个永久电抗来补偿容性负载,通常使用并联电抗器连接到E-G或发电机输出平行板。这很容易实现,成本也低。然而,无论在高负载还是低负载下,电抗器总是吸收电流,影响负载功率因数。而且不管UPS的数量多少,电抗器的数量总是固定的。
感应电抗器安装在每个华为UPS电源中,以补偿华为UPS电源的容抗。在低负荷条件下,接触器(选项)控制电抗器的输入。这种方法更准确,但反应器数量大,安装和控制成本高。滤波电容前安装接触器,低负载时断开。由于接触器的时间必须准确,控制复杂,只能在工厂安装。哪种方法最好应根据现场条件和设备性能来确定。
2.2谐振问题电容器自励问题可能会被其他电气状态加重或掩盖,如串联谐振。当发电机感抗的欧姆值与输入滤波器的容抗的欧姆值接近,系统的电阻值小时,会发生振荡,电压可能超过电力系统的额定值。新设计的华为UPS电源系统本质上是100%容性输入阻抗。
500千伏安华为UPS电源的电容可能为150千伏安,功率因数接近0。并联电感、串联扼流圈、输入隔离变压器是UPS的常规部件,都是电感性的。事实上,它们与滤波器的电容一起,使UPS总体上看起来是电容性的,UPS内部可能会有一些振荡。再加上连接到UPS的传输线的电容特性,整个系统的复杂度大大提高,超出了普通工程师可以分析的范围。
最近,两个额外的因素使得这些问题在关键应用中更加常见。首先,根据用户对高可靠性数据处理的要求,计算机设备制造商在其设备中提供更多冗余电源输入。典型的计算机机柜现在有两根或更多的电源线。
其次,设备管理员要求系统支持在线维护,他们希望在UPS停机维护时保护临界负荷。这两个因素增加了典型数据中心的华为UPS电源安装数量,降低了每个华为UPS电源的负载能力。但发电机的增加与UPS并不一致。
在设备经理眼里,发电机一般都是备用的,很容易安排维修。此外,在一些大型项目中,资金压力限制了昂贵的大功率发电机组的数量。这样一来,每个发电机携带的UPS就多了,这是一个让UPS厂商既高兴又让发电机厂商担心的趋势。

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