數(shù)據(jù)中心柴油發(fā)電機(jī)組和UPS的選擇關(guān)系

柴油發(fā)電機(jī)組與UPS的匹配

介紹

版本編號(hào)：VO.08010-10概述1、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)中心、數(shù)據(jù)交換中心、金融結(jié)算中心、重要系統(tǒng)調(diào)度中心等關(guān)鍵部門(mén)的設(shè)備都需要不間斷的電源供電，都需要配套UPS。2、通常供電模式采用：一路市電供電+柴油發(fā)電機(jī)組備用+UPS。3、重要供電模式采用：兩路市電供電+柴油發(fā)電機(jī)組備用+UPS。上?？铺╇娫垂煞葜袊?guó)移動(dòng)通信發(fā)電機(jī)組和UPS之間的配合問(wèn)題主要是由于整流器產(chǎn)生的電流諧波對(duì)供電系統(tǒng)產(chǎn)生的不良影響：1、對(duì)發(fā)電機(jī)組的電壓調(diào)節(jié)器的影響2、對(duì)UPS的同步電路的影響上?？铺╇娫垂煞葜袊?guó)移動(dòng)通信發(fā)電機(jī)組和UPS不匹配易出現(xiàn)的現(xiàn)象1.發(fā)電機(jī)組的輸出電壓突然增高到440V以上，造成UPS損壞。2.發(fā)電機(jī)組輸出頻率到50～60Hz，致使UPS保護(hù)動(dòng)作。3.發(fā)電機(jī)組出現(xiàn)嚴(yán)重的機(jī)械共振現(xiàn)象，柴油機(jī)出現(xiàn)有節(jié)奏的搖擺和聲音起伏，嚴(yán)重會(huì)損壞發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁回路和AVR4.UPS檢測(cè)到過(guò)電壓或過(guò)頻率而自動(dòng)關(guān)斷整流器，由后備電池組逆變向負(fù)載供電，反復(fù)出現(xiàn)油機(jī)+蓄電池逆變切換供電。上述現(xiàn)象的原因都有哪些呢？下面介紹一下負(fù)載性質(zhì)！上海科泰電源股份中國(guó)移動(dòng)通信負(fù)載的特性1、負(fù)載的分類〔根據(jù)負(fù)載的特性〕：1〕線性負(fù)載

2〕非線性負(fù)載。上?？铺╇娫垂煞葜袊?guó)移動(dòng)通信1、線性負(fù)載：1〕電壓和電流之間是線性關(guān)系的負(fù)載，如果發(fā)電機(jī)的電壓是正弦波，通過(guò)負(fù)載的電流也是正弦波，如下圖。2〕常見(jiàn)的線性負(fù)載有加熱器、白熾照明燈、變壓器、直接啟動(dòng)或傳統(tǒng)降壓?jiǎn)?dòng)方式的電動(dòng)機(jī)等。3〕線性負(fù)載根據(jù)電壓和電流的相位關(guān)系又分為電阻性〔如電阻、電爐、白幟燈等〕、電感性〔如感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、變壓器等〕、電容性〔如電容器等〕負(fù)載。線性負(fù)載的特性電流Current電壓Voltage上海科泰電源股份中國(guó)移動(dòng)通信1、非線性負(fù)載：1〕電壓和電流之間是非線性關(guān)系的負(fù)載，存在基波〔50或60Hz〕和諧波(3次、5次,、7次、11次等奇次諧波)存在不同的幅值和相位畸變波形。如后附圖。2〕在負(fù)載投入、運(yùn)行過(guò)程中，電壓、電流的關(guān)系是經(jīng)常變化的，其波形也不是我們常說(shuō)的正弦交流波，而是含有不光滑的畸變成分，根據(jù)數(shù)學(xué)的方法可分解為基波和一系列的高次諧波，主要是3次、5次、7次、11次等奇次諧波線性負(fù)載的特性上?？铺╇娫垂煞葜袊?guó)移動(dòng)通信圖一線性負(fù)載的特性三次諧波3rdharmonic電壓正常電壓電流電壓波形畸變發(fā)電機(jī)采取相應(yīng)措施后的上海科泰電源股份中國(guó)移動(dòng)通信線性負(fù)載的特性電流電壓正常的電壓5和7次諧波變速器、變頻器、不間斷電源圖二畸變的電壓波形會(huì)對(duì)其它負(fù)載產(chǎn)生干擾，并使發(fā)電機(jī)溫升升高發(fā)電機(jī)采取相應(yīng)措施后的接近于正常波形上海科泰電源股份中國(guó)移動(dòng)通信電流諧波的構(gòu)成4、6、12脈沖非線性負(fù)載產(chǎn)生的諧波類型及電流諧波圖表中可以看到：1、四脈沖系統(tǒng)產(chǎn)生諧波有：3、5、7、9、11、13、15、17、19次2、六脈沖系統(tǒng)產(chǎn)生諧波有：5、7、11、13、17、19次。3、十二脈沖系統(tǒng)產(chǎn)生諧波有：11、13次**諧波電流比例%(p.u)：1/3rd,1/5th,1/7th,1/9th**總諧波畸變=諧波電流方根總數(shù)**對(duì)應(yīng)的總的畸變諧波THD分別為：

45%---30%---14%**十二脈沖的UPS諧波危害最小上?？铺╇娫垂煞葜袊?guó)移動(dòng)通信電流諧波的構(gòu)成4、6、12脈沖非線性負(fù)載產(chǎn)生的諧波類型及電流諧波N=kp±1

n=諧波秩序。

k=整數(shù)1、2、3、等等。

p=脈沖數(shù)。上?？铺╇娫垂煞葜袊?guó)移動(dòng)通信6脈沖UPS電流諧波的構(gòu)成6脈沖非線性負(fù)載單個(gè)的電流諧波構(gòu)成諧波(第n個(gè))頻率In%5^250207^3501411^550913^650817^850619^950523^1150425^12504上海科泰電源股份中國(guó)移動(dòng)通信諧波的類型及分析諧波與電壓畸變是關(guān)聯(lián)，下面了解一下電流諧波振幅的個(gè)體值1、總諧波畸變：THD%=100?SQRT(ΣUn2/U2)---Un指第n個(gè)電壓諧波的均方根振幅；---U指第一個(gè)電壓諧波的均方根振幅。2、對(duì)于3相發(fā)電機(jī)，如果沒(méi)有分配零線，需要考慮3次諧波的倍數(shù)〔多重3次諧波〕。于是，前面的公式變?yōu)椋?/p>

THD%=100?SQRT((U52+U72+U112+…Un2)/U2)上?？铺╇娫垂煞葜袊?guó)移動(dòng)通信6脈沖UPS電流諧波含量1、通過(guò)方程式X〞d%=(100?THD%)/SQRT((5?I5%)2+(7?I7%)2+……+(n?In%)2)可以計(jì)算出的X“d(直軸次瞬變電抗)值。2、X“d值用來(lái)適應(yīng)THD電壓畸變要求(數(shù)據(jù)可在發(fā)電機(jī)數(shù)據(jù)表中查到〕。3、當(dāng)直軸次瞬變電抗值計(jì)算出來(lái)后，可知道負(fù)載的電流諧波含量。上海科泰電源股份中國(guó)移動(dòng)通信諧波與發(fā)電機(jī)參數(shù)的關(guān)系諧波產(chǎn)生的壓降取決于“直軸次瞬變電抗(X"d)1、直軸次瞬變電抗(X“d)是發(fā)電機(jī)的一個(gè)重要參數(shù)2、Un=X〞d?n?InUn%=(X〞d%/100)?n?In%3、如果知道電流諧波的相對(duì)振幅，那么可很容易計(jì)算電壓諧波的組分/組件。這些變流器中的振幅是變換結(jié)構(gòu)/組合的一種功能。4、如果THD是規(guī)定好的，可以從給出的電流諧波的內(nèi)容/含量計(jì)算出需要的X“d。****典型設(shè)備的可接受的水平電壓畸變數(shù)據(jù)：UPSSystems10%InverterDrives15%Softstarters20%Rectifiers20%上?？铺╇娫垂煞葜袊?guó)移動(dòng)通信諧波與發(fā)電機(jī)參數(shù)的關(guān)系直軸次瞬變電抗(X“d)是發(fā)電機(jī)的一個(gè)重要參數(shù)，不同的電壓等級(jí)其值是不同的。下表為斯坦福UCI274F發(fā)電機(jī)的數(shù)據(jù):上?？铺╇娫垂煞葜袊?guó)移動(dòng)通信發(fā)電機(jī)組與UPS的匹配選擇由于發(fā)電機(jī)組和UPS兩者間的配合存在上述問(wèn)題，解決上述問(wèn)題的需要從兩個(gè)方面進(jìn)行：1、正確選擇發(fā)電機(jī)的機(jī)組功率和勵(lì)磁工作方式，不同的勵(lì)磁方式和適當(dāng)匹配功率等有助于問(wèn)題的最小化；2、選擇更能適合發(fā)電機(jī)組特性的UPS。上海科泰電源股份中國(guó)移動(dòng)通信UPS非線性負(fù)載的特性1、UPS的主要部件之一是整流濾波器件，屬于非線性負(fù)載。2、UPS作為機(jī)組的負(fù)載，即要為終端設(shè)備供電，也要為電池進(jìn)行充電。3、非線性負(fù)載會(huì)對(duì)柴油發(fā)電機(jī)組反射大量的高次諧波，其中以5次和7次諧波危害最嚴(yán)重，**非線性負(fù)載較大而發(fā)電機(jī)組容量又較小時(shí)這種危害更明顯上?？铺╇娫垂煞葜袊?guó)移動(dòng)通信移動(dòng)通訊機(jī)房負(fù)載的特點(diǎn)移動(dòng)局房的負(fù)荷中常見(jiàn)非線性負(fù)載的類型：〔1〕軟起動(dòng)器〔可控硅電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)器〕；〔2〕高頻開(kāi)關(guān)電源、交流不間斷電源〔UPS〕；〔3〕變頻控制的電動(dòng)機(jī)、電梯、泵等制造過(guò)程控制〔4〕電子數(shù)據(jù)圖象設(shè)備、無(wú)線電發(fā)射設(shè)備，可控?zé)艄庠O(shè)備；〔5〕電信通信設(shè)備；〔6〕熒光燈等上?？铺╇娫垂煞葜袊?guó)移動(dòng)通信UPS采用的整流技術(shù)說(shuō)明UPS采用過(guò)的整流技術(shù)有：⑴采用6脈沖整流技術(shù)的UPS

⑵采用12脈沖整流技術(shù)的UPS

⑶采用單相整流技術(shù)的UPS

⑷采用高頻脈寬調(diào)制技術(shù)的UPS上海科泰電源股份中國(guó)移動(dòng)通信非線性-諧波對(duì)發(fā)電機(jī)的危害1、非線性負(fù)載產(chǎn)生的諧波電流會(huì)導(dǎo)致的發(fā)電機(jī)繞組溫升。2、對(duì)發(fā)電機(jī)組的電壓調(diào)節(jié)器的影響。上?？铺╇娫垂煞葜袊?guó)移動(dòng)通信非線性-諧波對(duì)ups的危害1、UPS不能旁路。UPS〔在線式、后備式〕在旁路電源頻率、電壓正常時(shí)，UPS的逆變電源與旁路電源鎖相、同步。當(dāng)旁路電源頻率變化超出設(shè)定極限時(shí)，靜態(tài)旁路開(kāi)關(guān)將禁止切換到旁路〔此時(shí)切換可能造成逆變器過(guò)流、短路〕。在這種旁路電源頻率無(wú)法跟蹤的情況下，UPS只會(huì)發(fā)出“旁路不可用〞告警，提醒用戶防止超載造成斷電，逆變器仍繼續(xù)提供電源給負(fù)載。2、電池壽命縮短。頻率漂移會(huì)導(dǎo)致SCR〔可控硅〕整流器的驅(qū)動(dòng)信號(hào)與輸入交流電不同步，造成整流器關(guān)閉，此間UPS轉(zhuǎn)為電池供電。如此反復(fù)會(huì)造成電池過(guò)分放電循環(huán)，大大縮短電池壽命，嚴(yán)重者會(huì)將電池電量全部放光，輸出中斷。上海科泰電源股份中國(guó)移動(dòng)通信發(fā)電機(jī)組的選擇-11、機(jī)組的輸出功率選擇。柴油發(fā)電機(jī)組在60％以上額定負(fù)載的情況下工作對(duì)柴油發(fā)電機(jī)較為有利。2、在考慮發(fā)電機(jī)總負(fù)荷中的UPS負(fù)載局部，需考慮的主要因素有：UPS功率，電池充電功率，UPS整機(jī)效率，UPS的輸入整流方式，UPS整流器引起的輸入電流失真等，都需適當(dāng)增加發(fā)電機(jī)的功率；3、UPS的整流器對(duì)于頻率漂移更為敏感，這也需增大發(fā)電機(jī)功率。一般選擇發(fā)電機(jī)功率和UPS功率都有一定的系數(shù)上?？铺╇娫垂煞葜袊?guó)移動(dòng)通信發(fā)電機(jī)組的選擇-21、柴油發(fā)電機(jī)組工作方式的選擇。對(duì)于非線性負(fù)載，兩沖程柴油發(fā)電機(jī)組帶載能力優(yōu)于四沖程柴油發(fā)電機(jī)組。上海科泰電源股份中國(guó)移動(dòng)通信發(fā)電機(jī)組的選擇-41、同步發(fā)電機(jī)永磁勵(lì)磁結(jié)構(gòu)的說(shuō)明上海科泰電源股份中國(guó)移動(dòng)通信UPS的選擇-11、UPS輸入整流方式的選擇。非線性負(fù)載會(huì)向發(fā)電機(jī)組反射大量的高次諧波，尤以5次、7次、11次諧波對(duì)發(fā)電機(jī)的危害性嚴(yán)重。2、不同非線性負(fù)載對(duì)柴油發(fā)電機(jī)組輸出電壓失真度〔THD〕都有不同的影響程度。3、以200kVA機(jī)組為例上海科泰電源股份中國(guó)移動(dòng)通信UPS的選擇-11、不同整流器對(duì)發(fā)電機(jī)的影響〔以200kVA機(jī)組為例〕發(fā)電機(jī)組允許的電壓畸變度柴油發(fā)電機(jī)組允許帶負(fù)荷的百分比（允許+N%）12脈沖整流UPS6脈沖整流UPS單相整流UPS5%78%42%22%10%100%69%36%15%100%96%52%上海科泰電源股份中國(guó)移動(dòng)通信UPS的選擇-21、UPS具有以下兩方面的功能可更好地適應(yīng)與發(fā)電機(jī)組的匹配：1)旁路鎖相頻率范圍和逆變器同步速率現(xiàn)場(chǎng)可調(diào)功能；有此功能的UPS系統(tǒng)可以根據(jù)用電設(shè)備類型進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，提高系統(tǒng)運(yùn)行可靠性。2)高速寬頻的整流器控制電路。UPS的整流器有一個(gè)高速寬頻的控制電路，以調(diào)整整流器的工作狀態(tài)以適應(yīng)輸入電源的頻率漂移。上海科泰電源股份中國(guó)移動(dòng)通信UPS的選擇1、UPS輸入諧波的治理1〕接受并允許諧波的存在。通過(guò)對(duì)柴油發(fā)電機(jī)增容來(lái)減小諧波的影響。實(shí)際應(yīng)用中，假設(shè)UPS負(fù)載對(duì)柴油發(fā)電機(jī)組的其他負(fù)載來(lái)說(shuō)相對(duì)小很多，也就是說(shuō)UPS功率比發(fā)電機(jī)組的功率小很多，在功率比為1:〔1.2～5〕時(shí)，UPS系統(tǒng)產(chǎn)生的諧波可不采用濾波措施。2〕消除諧波。使用濾波器或有源諧波調(diào)節(jié)器來(lái)局部或全部地消除諧波。

***需要考慮的問(wèn)題***

上海科泰電源股份中國(guó)移動(dòng)通信消除諧波需要考慮的問(wèn)題2、消除諧波需要考慮的問(wèn)題1〕設(shè)計(jì)用輸入濾波器，在減少電流諧涉及提高滿載情況下的功率因數(shù)方面有了較好的效果。2〕但是在空載或很小負(fù)載情況下卻衍生出一個(gè)電容性超前的極低的功率因數(shù)，特別是那些為了滿足5％最大電流失真度的濾波器。3〕一般情況下，當(dāng)負(fù)載低于25％時(shí)大多數(shù)UPS系統(tǒng)的輸入濾波器會(huì)導(dǎo)致明顯的功率因數(shù)降低。盡管如此，輸入功率因數(shù)卻很少會(huì)低于30％，有些新的系統(tǒng)甚至已到達(dá)空載功率因數(shù)低于2％，接近于理想的容性負(fù)載。4〕上述情況不影響UPS輸出和關(guān)鍵負(fù)載，市電變壓器和輸配電系統(tǒng)也不受影響。但發(fā)電機(jī)就不同了，發(fā)電機(jī)帶大容性負(fù)載時(shí)工作會(huì)不正常，當(dāng)接入較低功率因數(shù)負(fù)載，典型的低于15％～20％容性時(shí)，由于系統(tǒng)失調(diào)，可能導(dǎo)致發(fā)電機(jī)停機(jī)。上海科泰電源股份中國(guó)移動(dòng)通信選擇濾波器時(shí)需要考慮的參數(shù)

1、失真度〔THDI和THDU〕的減小，2、提高輸入功率因素，3、與發(fā)電機(jī)的兼容，4、適合于并聯(lián)UPS配置，上?？铺╇娫垂煞葜袊?guó)移動(dòng)通信功率因素問(wèn)題要素0.70.60.50.40.30.20.100.70.60.50.40.30.20.100.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0標(biāo)么值

kW0.951.000.950.90.90.80.8功率因素0.10.20.30.40.50.60.70.80.91.00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0輸出(滯后-感性)輸入(超前-容性)標(biāo)么值kVAR0.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0標(biāo)么值

kW定子損害轉(zhuǎn)子損害極距滑動(dòng)不穩(wěn)定平安運(yùn)行區(qū)域發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)載同步電抗Xd=3.0,(300%)上?？铺╇娫垂煞葜袊?guó)移動(dòng)通信功率因素問(wèn)題要素1、發(fā)動(dòng)機(jī)功率線2、發(fā)電機(jī)功率線3、功率因素曲線4、運(yùn)行標(biāo)定曲線上海科泰電源股份中國(guó)移動(dòng)通信各種濾波方案的比較上?？铺╇娫垂煞葜袊?guó)移動(dòng)通信12脈沖采用有源濾波器的特點(diǎn)

1、采用有源12脈沖技術(shù)的有源濾波器采用復(fù)合的、有源雙橋組合而成，由6只可控硅組成的整流橋用來(lái)給逆變器供電，由6只IGBT組成的橋路來(lái)實(shí)現(xiàn)電流正弦波并減少諧波。2、其優(yōu)點(diǎn)是能大幅度減小諧波〔可完全消除25次以下的諧波〕、性能穩(wěn)定，可靠性高，提高了UPS的輸入功率因素〔大于0.9〕，能最有效地使用發(fā)電機(jī)組，與發(fā)電機(jī)組完全兼容。但缺乏之處是本錢(qián)較高。上海科泰電源股份中國(guó)移動(dòng)通信發(fā)電機(jī)和非線性負(fù)載功率匹配關(guān)系-1

整流技術(shù)功率匹配關(guān)系早期技術(shù)K值采用6脈沖整流技術(shù)Sg=k1*Su3-3.5采用12脈沖整流技術(shù)Sg=K2*Su2.5-3采用單相整流技術(shù)Sg=K3*Su4-5采用高頻脈寬調(diào)制技術(shù)Sg=K4*Su2-32、注：Sg表示發(fā)電機(jī)的標(biāo)稱功率〔kVA〕；Su表示負(fù)載的標(biāo)稱功率〔kVA〕；K值隨著技術(shù)提高已經(jīng)大大縮小；

1、供參考的一個(gè)功率匹配關(guān)系上?？铺╇娫垂煞葜袊?guó)移動(dòng)通信選型前需了解的設(shè)備參數(shù)1、由于非線性負(fù)載選型是一個(gè)比較復(fù)雜的過(guò)程，只應(yīng)用前述的方法很難準(zhǔn)確進(jìn)行選用，有時(shí)甚至無(wú)從識(shí)別負(fù)載的類型。2、所以選擇非線性負(fù)載時(shí)盡可能提供以下資料：1〕根本負(fù)載的容量2)負(fù)載投入的順序3)非線性負(fù)載采用何種脈沖整流技術(shù)4)UPS的后備電池充電電流為多大，用于計(jì)算充電容量5)設(shè)備所允許的電壓畸變量是多少上?？铺╇娫垂煞葜袊?guó)移動(dòng)通信發(fā)電機(jī)和非線性負(fù)載匹配經(jīng)濟(jì)性

1、從前面介紹的匹配數(shù)值來(lái)看，柴油發(fā)電機(jī)組的容量會(huì)比UPS大許多〔最多2倍以上〕，如按此選型，會(huì)造成用戶投資浪費(fèi)，且發(fā)電機(jī)組長(zhǎng)期在輕載條件下工作還會(huì)對(duì)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)帶來(lái)不利。2、實(shí)踐證明可以采用“小馬拉大車〞的方式來(lái)替用戶節(jié)省投資，從前面的參考選擇容量上可以看出“發(fā)電機(jī)容量〞并非整臺(tái)發(fā)電機(jī)組的容量。3、發(fā)電機(jī)組的輸出有功功率大小取決于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的出力，而視在功率那么主要取決于發(fā)電機(jī)的容量，發(fā)電機(jī)組在帶UPS負(fù)載時(shí)，只要加大發(fā)電機(jī)的容量，其瞬態(tài)特性就會(huì)大大的增強(qiáng)，而整臺(tái)機(jī)組的輸出有功功率其實(shí)并未增加，4、因而可采用這種所謂“小馬拉大車〞的方式來(lái)解決，即柴油機(jī)的功率按照所有負(fù)載有功功率之和略大來(lái)選擇，發(fā)電機(jī)功率那么按照上面所說(shuō)的方法來(lái)配置。上海科泰電源股份中國(guó)移動(dòng)通信發(fā)電機(jī)和ups匹配經(jīng)濟(jì)案例

1、曾用一臺(tái)32kW的柴油機(jī)配一臺(tái)60kVA的發(fā)電機(jī)來(lái)帶動(dòng)一臺(tái)6脈沖整流技術(shù)的15kVAUPS，2、其測(cè)試的各項(xiàng)參數(shù)均滿足技術(shù)條件要求。上?？铺╇娫垂煞葜袊?guó)移動(dòng)通信發(fā)電機(jī)和ups匹配案例

1、一臺(tái)175KVAUPS由一臺(tái)電壓415V,3P,50Hz的發(fā)電機(jī)供電，UPS采用6脈沖，30%電流畸變，計(jì)算一下由下述發(fā)電機(jī)帶載時(shí)電壓畸變率。2、850KVA發(fā)電機(jī)次級(jí)瞬態(tài)電抗0.10pu在根本功率800kva400V。***計(jì)算如下：UPS運(yùn)行效率按95%計(jì)算，考慮充電因素，匹配系數(shù)按1.25考慮.輸入功率kVA=(175kVA/0.95)x1.25=230kVA.X〞d〔800kVA〕=0.10p.u.(10