UPS電源和柴油發(fā)電機(jī)組的匹配問題探析

摘要：柴油發(fā)電機(jī)組與UPS電源系統(tǒng)具有良好的安全性和可靠性，被廣泛應(yīng)用于石油平臺(tái)、供電等多個(gè)領(lǐng)域。UPS電源系統(tǒng)對(duì)柴油發(fā)電機(jī)組的自動(dòng)化水平要求高，且要求柴油發(fā)電機(jī)組需適應(yīng)UPS非線性負(fù)載等特性。本文對(duì)UPS電源和柴油發(fā)電機(jī)組的匹配問題進(jìn)行了闡述，發(fā)現(xiàn)UPS電源和柴油發(fā)電機(jī)組在匹配過程中大多會(huì)存在頻率漂移、UPS諧波和電壓振蕩等問題，容易發(fā)生機(jī)件損壞，致使UPS無法正常運(yùn)轉(zhuǎn)。隨后，對(duì)UPS電源和柴油發(fā)電機(jī)組的匹配解決方案展開了探討。

關(guān)鍵詞：UPS;柴油發(fā)電機(jī);匹配

近些年，柴油發(fā)電機(jī)組與UPS組成的電源系統(tǒng)在市區(qū)供電方面發(fā)揮了重要作用。在市區(qū)供電發(fā)生停電時(shí)，柴油發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)需要耗費(fèi)一些時(shí)間，難以在極短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)供電，而UPS雖然可以不間斷地供電，但是供電時(shí)間相對(duì)較短。一些技術(shù)人員巧妙地將柴油發(fā)電機(jī)組與UPS系統(tǒng)進(jìn)行配套，在長(zhǎng)延時(shí)配置的基礎(chǔ)上，另增加外置充電器，日常運(yùn)行過程中檢修蓄電池組，以保證設(shè)備供電的連續(xù)性。因此，本文在研究UPS電源和柴油發(fā)電機(jī)組匹配問題的基礎(chǔ)上，將著重對(duì)該問題的解決方案進(jìn)行探究。

一、UPS電源和柴油發(fā)電機(jī)組的匹配問題

（一）頻率漂移

UPS電源系統(tǒng)和柴油發(fā)電機(jī)組的匹配過程中，柴油發(fā)電機(jī)較易發(fā)生頻率振蕩問題。大多數(shù)情況下，柴油發(fā)電機(jī)組的頻率振蕩范圍比電流、電壓的振蕩范圍小，普遍保持在±5%以內(nèi)，然而容易造成較大影響，致使UPS電源系統(tǒng)時(shí)常處于頻繁工作狀態(tài)。此外，由于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)組的負(fù)載具有規(guī)律，時(shí)而忽大，時(shí)而忽小，影響其他機(jī)件的工作狀態(tài)，且柴油發(fā)動(dòng)機(jī)組在工作時(shí)產(chǎn)生噪聲也深受影響。如若柴油發(fā)電機(jī)組的振動(dòng)加劇，機(jī)械也會(huì)加劇磨損，出現(xiàn)機(jī)件損壞的情況，致使UPS電源系統(tǒng)無法正常工作。

（二）UPS諧波

柴油發(fā)電機(jī)組的輸入電壓波形畸變通常是由于UPS電源系統(tǒng)產(chǎn)生的電流諧波出現(xiàn)分量“倒流”的情況，從而柴油發(fā)電機(jī)組輸出電壓的穩(wěn)定性變差，形成震蕩，同時(shí)導(dǎo)致柴油發(fā)電機(jī)組的輸出電流產(chǎn)生大范圍擺動(dòng)，且由于該擺動(dòng)無法調(diào)整， UPS電源系統(tǒng)受到損壞[1]。此外，UPS電源系統(tǒng)由于檢測(cè)到柴油發(fā)電機(jī)組過電壓或過頻率情況，會(huì)自動(dòng)關(guān)斷整流器，由后備電池組向負(fù)載供電。如此一來，UPS電源系統(tǒng)處于頻繁工作狀態(tài)，易造成電池產(chǎn)生放電循環(huán)，從而縮短了UPS電源系統(tǒng)電池壽命，甚至?xí)霈F(xiàn)電池電量消耗殆盡情況，致使輸出產(chǎn)生中斷。若頻率變換超出預(yù)先設(shè)定的極限值時(shí)，逆變器頻率變化與旁路電源的頻率變化無法銜接上，旁路靜態(tài)開關(guān)將禁止切換到旁路，容易造成UPS電源系統(tǒng)出現(xiàn)損壞。

（三）電壓振蕩

UPS電源系統(tǒng)反饋的波動(dòng)電壓會(huì)造成柴油發(fā)電機(jī)組的輸出電壓振蕩范圍達(dá)±10%至20%，當(dāng)調(diào)整AVR使其達(dá)到最佳時(shí)，振蕩依舊大于2%。在UPS電源系統(tǒng)負(fù)載仍舊保持穩(wěn)定的條件下，發(fā)電機(jī)輸出電流擺動(dòng)范圍達(dá)到±20%至50%，且該擺動(dòng)無法進(jìn)行調(diào)整。柴油發(fā)電機(jī)組一般采用自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器對(duì)輸出電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)， 若為自激式同步交流發(fā)電機(jī)，電樞繞組給AVR提供功率源及信號(hào)源，如果發(fā)電機(jī)帶UPS電源系統(tǒng)負(fù)載，因發(fā)電機(jī)輸出電壓波形失真，AVR會(huì)錯(cuò)誤地將激磁電流斷開，進(jìn)行補(bǔ)償，從而使輸出電壓升高[2]。隨機(jī)AVR基于已經(jīng)升高的電壓對(duì)激磁電流進(jìn)行控制，從而輸出電壓出現(xiàn)下降，產(chǎn)生輸出電壓高低振蕩情況。AVR有同步輸入動(dòng)力電的功能，柴油發(fā)電機(jī)輸出電壓波形嚴(yán)重失真時(shí)，UPS電源系統(tǒng)檢測(cè)電路會(huì)對(duì)交流輸入電源質(zhì)量進(jìn)行判定，結(jié)果為不合格或故障，就會(huì)迫使UPS電源系統(tǒng)向蓄電池逆變給負(fù)載供電，直至蓄電池的儲(chǔ)能耗盡，最后致使UPS電源系統(tǒng)關(guān)機(jī)。

二、UPS電源和柴油發(fā)電機(jī)組的匹配解決方案

（一）校正有源功率因數(shù)

對(duì)UPS輸入端的功率因數(shù)進(jìn)行校正是UPS電源系統(tǒng)和柴油發(fā)電機(jī)組的匹配解決方法之一。首先，使UPS電源系統(tǒng)近乎于一個(gè)線性負(fù)載，對(duì)柴油發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生較小的諧波電流。功率因數(shù)校正主要分為無源校正和有源校正兩種，大多數(shù)情況下有源功率因數(shù)校正是在整流器后面接一個(gè)升壓型變換器。其次，在校正后，輸入電流近乎于一個(gè)正弦波，諧波電流可減小到5%以內(nèi)，功率因數(shù)可達(dá)到0.99。然而這種方法因多用了一級(jí)變換器，致使UPS電源系統(tǒng)的可靠性得到降低，更加適用于大功率UPS電源系統(tǒng)。

（二）消除UPS諧波

解決UPS電源系統(tǒng)諧波問題，主要有兩個(gè)方式，一是消除諧波，即使用濾波器或者有源諧波調(diào)節(jié)器對(duì)UPS電源系統(tǒng)的諧波進(jìn)行全面消除。二是允許UPS電源系統(tǒng)諧波的存在。在實(shí)際情況中，如果UPS功率相比柴油發(fā)電機(jī)組的功率較小，在功率比為1∶2或1∶5時(shí)，可不采用濾波措施對(duì)UPS電源系統(tǒng)產(chǎn)生的諧波進(jìn)行消除。當(dāng)UPS電源系統(tǒng)和柴油發(fā)電機(jī)組的額定功率比為1∶2.5，UPS電源系統(tǒng)產(chǎn)生的諧波在柴油發(fā)電機(jī)組的合理范圍。

（三）合理選擇發(fā)電機(jī)組

柴油發(fā)電機(jī)組相比UPS電源系統(tǒng)而言，容量越大，柴油發(fā)電機(jī)組的輸出電壓失真就會(huì)越小，因此通常選擇的柴油發(fā)電機(jī)組輸出功率是UPS容量的2倍以上。只有柴油發(fā)電機(jī)組的輸出電壓失真減少到10%至15%，才能保證柴油發(fā)電機(jī)組和UPS電源系統(tǒng)可以正常運(yùn)行[3]。柴油發(fā)電機(jī)組的負(fù)載率應(yīng)在60%以上，這樣較為合理。柴油發(fā)電機(jī)組的勵(lì)磁方式大多以無刷永磁式、刷自勵(lì)式為主。無刷永磁式發(fā)電機(jī)組的AVR信號(hào)源在通常情況下來自發(fā)電機(jī)的電樞繞組，功率來源于PMG的電樞繞組，與同步交流發(fā)電機(jī)電樞繞組的電勢(shì)波波形畸變沒有關(guān)系，因此發(fā)電機(jī)組帶非線性負(fù)載的能力可以得到有效提高，抗無線電干擾能力更強(qiáng)，可保證柴油發(fā)電機(jī)的正常工作。

結(jié)語

綜上所述，通過校正有源功率因數(shù)、利用濾波器等消除UPS電源諧波，以及根據(jù)柴油發(fā)電機(jī)組輸出功率大小和勵(lì)磁方式情況合理選擇柴油發(fā)電機(jī)組，可以有效解決UPS電源和柴油發(fā)電機(jī)組的匹配問題。

參考文獻(xiàn)：

[1]朱繼安，劉義. 柴油發(fā)電機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行功率振蕩原因探討[J]. 移動(dòng)電源與車輛，2021，52（02）：31-34+30.

[2]翟曉滿，王慈，李嘉. 某工程SBO電源柴油發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)優(yōu)化方案[J]. 中國(guó)科技信息，2021，（12）：65-66.

[3]宋迪. 民航空管系統(tǒng)UPS電源和發(fā)電機(jī)組匹配問題研究與應(yīng)用[J]. 電子世界，2019，（19）：139-140.

作者簡(jiǎn)介：陳峰（1971-08），女，漢族，浙江紹興人，學(xué)歷：本科，職稱：工程師，研究方向：通信電源