发电机组和UPS不间断供电的配合问题

近年大型的数据中心的建造得到迅猛增加，将运用越来越多的大功率UPS，因为要控制UPS所用蓄电池数量，大功率UPS的后备时间基本上都是15-30分钟，这样就需求匹配发电机组，为设备供应持续的源源不断的电源。依据如上原因，就要面临大功率UPS和发电机组的匹配和兼容问题，以下进行一下介绍：

发电机组和UPS不间断供电的配合问题

       不间断电源的制造商和用户很早就现已注意到发电机组和UPS之间的配合问题，特别是由整流器发生的电流谐波对供电系统如发电机组的电压调度器、UPS的同步电路发生的不良影响十分明显。因此，UPS系统工程师们规划了输入滤波器并把其运用到UPS中，成功地在UPS运用中控制了电流谐波。这些滤波器对UPS与发电机组的兼容性起到了要害作用。　

　　事实上一切的输入滤波器都运用电容器和电感来吸收UPS输入端最具破坏性的电流谐波。输入滤波器的规划考虑了UPS电路固有的和在满载情况下的最大或许的悉数谐波畸变的百分比。大大都滤波器的另一个优点是前进带载UPS的输入功率因数。但是输入滤波器的运用带来的另一个结果是使UPS全体功率下降。绝大大都滤波器消耗1%左右的UPS功率。输入滤波器的规划一直在有利和晦气要素之间寻求平衡。　

　　为了尽或许前进UPS系统的功率，近期UPS工程师在输入滤波器的功耗方面做了改善。滤波器功率的前进，从很大程度上取决于将IGBT(绝缘门级晶体管)技能运用到UPS规划中。IGBT逆变器的高功率导致了对UPS的从头规划。输入滤波器可以吸收某些电流谐波，一起吸收很小一部分有功功率。总之，滤波器中理性要素对容性要素的比率下降了，UPS的体积变小了，功率前进了。但是新问题是UPS与发电机的兼容性又出现了，替代了老问题。

功率因数的问题

　　一般，人们把注意力放在UPS电源满载或挨近满载情况下的作业情况。绝大大都工程师都能表述满载情况下的UPS作业特性，特别是输入滤波器的特性，但是很少有人对滤波器在空载或挨近空载时的情况感兴趣。究竟UPS及其电气系统在轻载情况下的电流谐波影响很小。但是，UPS空载时的作业参数，特别是输入功率因数关于UPS与发电机的兼容性适当重要。　

　　最新规划的输入滤波器，在减少电流谐涉及前进满载情况下的功率因数方面有了较好的作用。但是在空载或很小负载情况下却衍生出一个电容性超前的极低的功率因数，特别是那些为了满意5%最大电流失真度的滤波器。一般情况下，当负载低于25%时大大都UPS系统的输入滤波器会导致明显的功率因数下降。尽管如此，输入功率因数却很少会低于30%，有些新的系统甚至已达到空载功率因数低于2%，挨近于理想的容性负载。　　

　　这种情况不影响UPS电源输出和要害负载，市电变压器和输配电系统也不受影响。但发电机就不同了，发电机工程师知道：发电机带大容性负载时作业会不正常，当接入较低功率因数负载，典型的低于15%～20%容性时，因为系统失调，或许导致发电机停机。在市电停电后出现这种停机?应急发电机系统带动UPS系统负载将形成灾难性事端。因为下述两种原因停机给要害负载带来风险：榜首，发电机需求人工重启，而且有必要在UPS电池放电结束前;第二，在停机前发电机或许引起系统的”过压”，它或许损坏电话设备、火警系统、监控网络甚至UPS模块。更糟糕的是，在事端发生后，很难区别职责，找出问题所在并予以纠正。UPS厂商说UPS系统检验完好，并指出其它地方相同的设备没有发生类似问题。发电机厂商说是负载的问题，无法调整发电机来解决问题。一起，用户工程师则说明他的标准要求，期望两个厂商彼此兼容。要了解为何会发生事端及怎样防止(或怎样在要害运用中找出解决计划)，首要需求了解发电机与负载的作业联系。

发电机与负载

       发电机依托电压调度器控制输出电压。电压调度器检测三相输出电压，以其平均值与要求的电压值相比较。调度器从发电机内部的辅佐电源取得能量，一般是与主发电机同轴的小发电机，传送DC电源给发电机转子的磁场鼓舞线圈。线圈电流上升或下降，控制发电机定子线圈的旋转磁场或称为电动势EMF的大小。定子线圈的磁通量决定发电机的输出电压。

　　发电机定子线圈的内阻以Z表明，包含理性和阻性部分;由转子励磁线圈控制的发电机电动势用沟通电压源以E表明。假定负载是纯理性的，在向量图中电流I滞后电压U正好90°电相位角。假如负载是纯阻性的，U和I的矢量将重合或同相。实际上大都负载介于纯阻性和纯理性之间。电流通过定子线圈引起的电压降用电压矢量I×Z表明。它实际上是两个较小的电压矢量之和，与I同相的电阻压降和超前90°的电感压降。在本例中，它刚好与U同相。因为电动势有必要等于发电机内阻的电压降和输出电压之和，即矢量E=U和I×Z的矢量和。电压调度器改动E可以有效地控制电压U。

　　现在考虑用纯容性负载替代纯理性负载时，发电机的内部情况会发生什么变化。这时的电流和理性负载时正好相反。电流I现在超前电压矢量U，内阻电压降矢量I×Z，也正好反相。则U和I×Z的矢量和小于U。　

　　因为和理性负载时相同的电动势E在容性负载时发生了较高的发电机输出电压U，所以电压调度器有必要明显地减小旋转磁场。实际上，电压调度器或许没有满意的规模来完全调度输出电压。一切发电机的转子在一个方向连续励磁含有永久磁场，即便电压调度器全关，转子仍有满意的磁场对电容负载充电并发生电压，这种现象称为”自激”。自激的结果是过压或者是电压调度器关机，发电机的监控系统则认为是电压调度器故障(即”失励”)。这任一种情况都会引起发电机停机。发电机输出端所接的负载，或许是独立的，也或许是并联的，决定于自动切换柜作业的定时和设置。在某些运用中，停电时UPS系统是发电机接入的榜首个负载。在其它情况下，UPS电源和机械负载一起接入。机械负载一般有发动接触器，停电后从头闭合需求一定时间，补偿UPS输入滤波电容器的理性电动机负载要有延时。UPS电源本身有一段时间称为”软发动”周期，将负载从电池转向发电机，使其输入功率因数前进。但是，UPS的输入滤波器并不参加软发动进程，他们连接在UPS的输入端是UPS的一部分，因此，在某些情况下，停电时首要接到发电机输出端的主要负载是UPS的输入滤波器，它们是高容性的(有时是纯容性的)。

　　解决这一问题的方法很明显要用功率因数校对。这有多种方法可以完结，大致如下：　

　　设备自动切换柜，使电动机负载先于UPS接入。某些切换柜或许不能完结这种方法。其他，在保护时，工厂工程师或许需求单独调试UPS和发电机。　　

　　增加一个永久性反应电抗来补偿容性负载，一般运用并联缠绕电抗器，接在E-G或发电机输出并联板上。这是很简单完结的，而且本钱较低。但是不论在高负载还是在低负载的情况下，电抗器总是在吸收电流并影响负载功率因数。而且不论UPS的数量多少，电抗器的数量总是固定的。　

　　在每一台UPS电源中加装理性电抗器，正好补偿UPS的容抗。在低负载情况下由接触器(选件)控制电抗器的投入。此方法电抗器较精确，但数量较大且设备和控制的本钱高。　

　　在滤波电容前设备接触器，在低负载时断开。因为接触器的时间有必要精确，控制比较复杂，只能在工厂设备。　

　　哪一种方法是最佳的，要依据现场的情况和设备的性能来承认。

共振问题

　　电容自激问题或许被其他电气情况所加剧或掩盖，如串联共振。当发电机的感抗的欧姆值和输入滤波器容抗的欧姆值彼此拉近，而且系统的电阻值较小时将发生振荡，电压或许超出电力系统的额定值。新近规划的UPS系统实质上为100%的电容性输入阻抗。一台500kVA的UPS或许有150kvar的电容和挨近于0的功率因数。并联电感、串联扼流圈和输入隔绝变压器是UPS的惯例部件，这些部件都是理性的。事实上他们和滤波器的电容一起使UPS全体表现为容性，或许在UPS内部现已存在一些振荡。加上连到UPS的输电线的电容特性，整个系统的复杂性大为前进，超出了一般工程师所能分析的规模。　　

　　近来在要害运用中两个附加要素使得这些问题更广泛。首要，依据用户高牢靠数据处理的要求，核算机设备厂商在其设备中更多地供应冗余电源输入。现在典型的核算机柜都带有两个或更多电源线。其次，设备司理要求系统支撑在线保护，他们期望在UPS关机保护时要害负载也有保护。这两个要素使得典型数据中心UPS电源的设备数量增加，每台UPS的负载容量减少。但是发电机的增加没有与UPS保持一致。在设备司理的眼中发电机一般是备用的，简单安排保护。其他在一些大的项目中资金压力约束昂贵的大功率发电机组的数量。结果是每台发电机带更多的UPS，这是一个令UPS厂商快乐发电机厂商烦恼的趋势。　　

　　对自激和振荡的最佳防卫是物理学的基本知识。工程师应仔细地承认UPS电源系统在一切负载条件下的功率因数特性。UPS设备设备后，业主应坚持全面的检验，在调试验收时仔细丈量整个系统的作业参数。当发现问题时，最佳的计划是建立由厂商、工程师、承包商和业主组成的项目小组，对系统进行完全检验并找出解决方法。