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發電機組的選型和UPS機組的關系

1. UPS對發電機組的影響:
  UPS作為自市電停電到備用柴油發電機組供電的中間段的電源設備可以將蓄電池的電能無延時地逆變向重要負載供電,從而保證在柴油發電機組啟動供電前負載不斷電,而當柴油發電機組投入使用時,UPS就作為機組的負載,為電池進行充電。整流濾波器件是UPS的主要部件之一,這種非線性負載會向柴油發電機組反射大量的高次諧波,其中以5次和7次諧波危害最嚴重,尤其是非線性負載較大而發電機組容量又較小時這種危害就更明顯,主要表現在以下幾種故障現象:
  1) 發電機組的輸出電壓突然增高到440V以上,其后果是造成UPS損壞。
  2) 發電機組輸出頻率到50-60Hz,致使UPS保護動作。
  3) 發電機組在出現頻率或電壓異常的同時出現嚴重的機械共振現象,柴油機出現有節奏的搖擺和聲音起伏,嚴重時還出現損壞發電機的勵磁回路和AVR。
  4) UPS因檢測到過電壓或過頻率而自動關斷整流器,由后備電池組向負載放電或從旁路直接向負載供電。

  2. 發電機組的一般選擇
  1) 發電機選用永磁勵磁方式提高機組瞬態特性,提升機組耐受非線性負載的能力
  永磁勵磁系統由五部分組成:發電機主勵磁繞組(轉子),永磁發電機(PMG),自動電壓調節器(AVR),勵磁機和旋轉二極管。勵磁系統的工作原理是:當發電機旋轉時,永磁發電機(PMG)的永磁轉子同軸旋轉,切割PMG的定子繞組而產生三相正弦電勢,引入發電機自動電壓調節器(AVR)作為AVR的輸入電源,AVR通過檢測發電機的三相輸出電壓自動調節勵磁機磁場的勵磁電流,從而調節勵磁機轉子的三相輸出電壓,經旋轉二極管整流后輸送至發電機主轉子的勵磁回路。由此可見,輸出電壓的調節,其實是通過AVR對勵磁機磁場的調節來實現的(如附圖所示)。在這個系統中有以下幾個特點:
  ①由于PMG系統提供一個與定子輸出電壓波形畸變及大小無關的恒定的勵磁電源,因而能提供較高的電動機起動承受能力,并對非線性負載產生的主機定子輸出電壓的波形畸變具有抗干擾性,可提高發電機帶非線性負載能力。
  ②AVR檢測三相輸出電壓(三相方均根檢測),具有精度極高的穩態電壓調整率(通??蛇_±0.5%)。
  ③更強的抗無線電干擾能力。
  ④更強的承受短路電流能力(通??蛇_3倍額定電流,持續10S)。
  2) 選擇機組的容量
   當柴油發電機組啟動向負載供電時,由于UPS已經在停電的若干秒時間內由電池組向負載放電,因此機組供電時首先接入的將是UPS的整流元器件,而且還有蓄電池的充電電流的大小影響。對于12脈沖整流的UPS,發電機容量需要在其2.5容量以上才可確保機組正常工作:以400KVA UPS為例
    2.5倍X400=1000kVA
   因此,作為常規的選用,實際所需的機組其容量應不低于1000kVA才能保證任何情況下機組均能穩定工作。
  
  3. 選擇發電機機組節約成本的技巧
   如上述的機組選用方法,存在一個很大的問題,即認為發電機的額定容量等同發電機組的額定輸出功率,并按此進行選型,結果造成用戶投資浪費,且發電機組長期在輕載條件下工作還會對柴油發動機帶來不利,發動機一般不允許長時間工作于30%負載以下,否則將會出現排氣歧管漏油、運動部件磨損加劇、油耗上升、發動機壽命短等現象。發電機組的輸出有功功率大小取決于柴油發動機的出力,而視在功率則主要取決于發電機的容量,發電機組在帶UPS負載時,只要加大發電機的容量,其瞬態特性就會大大的增強,而整臺機組的輸出有功功率其實并未增加,因而不妨采用“小馬拉大車”的方式來解決,即柴油機的功率按照所有負載有功功率之和略大來選擇,發電機功率則按照上面所說的方法來配置。下面以一個案例分析一下還是以400KVA的UPS為例
  1)發電機:選用史丹福無刷永磁勵磁形式,LVI634D,其視在功率為1000kVA(發電機容量較大,可耐受更強的諧波沖擊)
  2)發動機有功功率需要是UPS有功功率1.2-1.5倍左右,才可確保機組的正常工作:選用瑞典富豪TAD1631GE,其有功功率為:440kW,如下計算
    400X0.8=320kWX1.2倍=384kW
  由于發動機占有機組整個成本的70%以上,僅僅提高發電機的容量而降低發動機的容量,首先會最大限度的節省用戶成本,另外也可保證用戶設備的正常使用,而且按上述計算,此時發動機工作最佳的工作狀態,負載值約為發動機容量的87%(384/440=51%),而如選用1000kVA左右的機組,負載值約為(384/(1000*0.8)=48%)。
  所以我們合理分析我們的UPS和發電機的合理匹配后就會節約不少的成本了。
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