“1+1”UPS并機系統(tǒng)供電系統(tǒng)研究

通過適當?shù)亍卞e開”兩臺電力穩(wěn)壓器的”開機啟動浪涌電流”的發(fā)生時間及適當?shù)卣{(diào)低電力穩(wěn)壓器的穩(wěn)壓精度，就能用1臺150KVA發(fā)電機來驅(qū)動由兩臺100KVA電力穩(wěn)壓器+80KVA“1+1”UPS并機系統(tǒng)所組成的UPS供電系統(tǒng), 從而達到節(jié)約投資和運行成本的目的。

1、利用發(fā)電機電源來驅(qū)動80KVA”1+1”UPS并機系統(tǒng)時、所釆用的技術(shù)改進措施

在民航的空管系統(tǒng)用的UPS供電系統(tǒng)中、為使得UPS并機系統(tǒng)能適應(yīng)輸入電網(wǎng)的電壓波動范圍大的應(yīng)用條件，需要在備用發(fā)電機與UPS供電系統(tǒng)之間增配電力穩(wěn)壓器（見圖1）。對于這樣的UPS供電系統(tǒng)而言，處于”串聯(lián)工作狀態(tài)”中的電力穩(wěn)壓器不會對它的輸入諧波特性產(chǎn)生任何實質(zhì)性的影響。根據(jù)過去所獲得的相關(guān)的現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)、可以發(fā)現(xiàn)：電力穩(wěn)壓器與UPS的輸入電壓和輸入電流不僅具有非常相似的工作波形和基本相同的輸入諧波特性參數(shù)(例如：CosΦ、功率因數(shù)PF、輸入電流峰值比KF電流、輸入電壓的峰值比CF電壓、輸入電流諧波分量THDI和輸入電壓諧波分量THDV等參數(shù))。而且，它們的輸入電流諧波分量的頻譜分佈曲線也具有非常相似的變化規(guī)律。根據(jù)前期的在市供電條件下對由110KVA發(fā)電機+兩臺100KV電力穩(wěn)壓器+兩臺6脈沖型80KVA”1+1”UPS冗余并機系統(tǒng)所獲得的測試結(jié)果，可以推斷出：能對發(fā)電機的安全運行造成”最大的潛在威脅”的禍根是來自由兩臺100KVA的電力穩(wěn)壓器所產(chǎn)生的單極性的”開機啟動”浪涌電流,而不是來自由兩臺80KVA 6脈沖型UPS所產(chǎn)生的具有”緩啟動爬升”調(diào)制特性的雙極性的輸入電流及其輸入諧波電流。相關(guān)的測試數(shù)據(jù)顯示，所需的發(fā)電機的輸出功率應(yīng)該大于145KVA。

為確保由電力穩(wěn)壓器+”1+1”UPS并機系統(tǒng)所組成的供電系統(tǒng)、在發(fā)電機供電的條件下，也能安全和可靠地工作，需要對這套UPS供電系統(tǒng)執(zhí)行如下的技術(shù)改進：

（a） 將原來的輸出功率為110KVA的備用發(fā)電機組調(diào)換為150KVA的備用發(fā)電機(常行功率);

（b） 考慮到：因發(fā)電機電源被投入到電力穩(wěn)壓器的輸入端上的時刻、可能出現(xiàn)在具有正弦波形的交流電源的”不同相位點上”，并進而導致它的”開機啟動浪涌電流”的幅值會發(fā)生較大差異的工作特性(其變化規(guī)律是：當發(fā)電機電源的投入的時刻出現(xiàn)在正弦波的電壓峰值處時、它的輸入啟動浪涌電流的幅值為最小值。當它的投入的時刻出現(xiàn)在正弦波的電壓”過零奌”處時、其啟動浪涌電流的幅值為最大值)。鑒于在過去的測試中、在兩臺電力穩(wěn)壓器的輸入端上所曾經(jīng)記錄到的它們的最大”開機啟動浪涌電流”是一串幅值為220A左右，持續(xù)時間較長達到0.2秒左右的單極性衰減波形。為改善發(fā)電機的運行環(huán)境,盡可能地降低由電力穩(wěn)壓器的”開機啟動浪涌電流” 所可能帶來的不利影響。建議相應(yīng)的電力穩(wěn)壓器廠家：將兩臺穩(wěn)壓器的”開機啟動時間”錯開3秒左右。

（c） 為改善發(fā)電機的運行條件，建議相應(yīng)的UPS廠家：對80KVA”1+1”UPS并機系統(tǒng)進行”再調(diào)整”，以便盡量地減小兩臺UPS之間的輸入電流和輸出電流的均流”不平衡度”(通常的期望值<5%)及它們之間的”環(huán)流”,從而提高UPS并機系統(tǒng)運行的可靠性的目的。

圖1:1+1型冗余并機ＵＰＳ供電系統(tǒng)（6脈沖型ＵＰＳ）

2、對由發(fā)電機、電力穩(wěn)壓器和UPS冗余并機供電系統(tǒng)所組成的供電系

統(tǒng)所執(zhí)行的”系統(tǒng)匹配性”的調(diào)控操作

在對如圖1所示的由發(fā)電機、電力穩(wěn)壓器和UPS并機供電系統(tǒng)所組成的供電系統(tǒng)所執(zhí)行的”系統(tǒng)匹配性”的調(diào)控操作時，曾先后進行過如下調(diào)整步驟、才最終使得這套UPS供電系統(tǒng)進入穩(wěn)定、可靠的運行工作狀態(tài)之下：

（a） 當150KVA的發(fā)電機被開機啟動、并等待它進入穩(wěn)定工作狀態(tài)之后，在對這套UPS供電系統(tǒng)的輸入端、執(zhí)行市電供轉(zhuǎn)入發(fā)電機供電的切換操作時，卻出現(xiàn)了發(fā)電機的聲音”異常”、電力穩(wěn)壓器的輸出不穩(wěn)，并頻繁地調(diào)節(jié)其輸出電壓等不正常工作現(xiàn)象(注：此時發(fā)現(xiàn)：位于伺服調(diào)控型的電力穩(wěn)壓器中的碳刷進入頻繁的” 不停的上、下移動”的”誤調(diào)”工作狀態(tài)之中)。在此條件下，位于6脈沖型的80KVA”1+1”UPS并機系統(tǒng)中的1臺UPS的逆變器因輸入電源的電壓和頻率的”嚴重不穩(wěn)”而進入”自動關(guān)機”狀態(tài)。

（b） 此時，將電力穩(wěn)壓器從這套UPS供電系統(tǒng)中脫離出來,并直接用150KVA 的發(fā)電機來直接驅(qū)動”1+1”UPS并機系統(tǒng)。運行結(jié)果表明：工作基本正常。

對于這臺150KVA的發(fā)電機而言，它的標稱工作電流為217A,短時的最大工作電流可達239A。發(fā)電機的總負載包括：”1+1”UPS并機系統(tǒng)，空調(diào)機組及照明等負載。在進行此次發(fā)電機帶載調(diào)試時，實測到的發(fā)電機的總輸出電流為90A左右。根據(jù)過去的工作經(jīng)驗：利用這臺150KVA 發(fā)電機應(yīng)該是能夠驅(qū)動后接的6脈沖型UPS供電系統(tǒng)的。這是因為，此時的發(fā)電機標稱輸出電流與后接的負載電流的實際容量比已達2.4倍左右。因此，它暗示我們：導致這臺發(fā)電機不能正常驅(qū)動這套由發(fā)電機、電力穩(wěn)壓器和UPS并機供電系統(tǒng)所組成的供電系統(tǒng)主要原因應(yīng)該是：電力穩(wěn)壓器的”誤動作”,而不是發(fā)電機的容量不足的問題。

（c） 眾所周知：對發(fā)電機供電系統(tǒng)而言，它的最惡劣工作條件是發(fā)生在電機組剛被投入到它的后接UPS供電系統(tǒng)的輸入端的瞬間。因為，此時、它必須要提供足夠大的瞬態(tài)電流來滿足由后接的電感性的電力穩(wěn)壓器所可能產(chǎn)生的開機啟動瞬態(tài)浪涌電流。目前，有兩種發(fā)電機型可供我們選擇：無刷、自勵磁式的發(fā)電機和無刷、永磁發(fā)電機勵磁式的發(fā)電機。相關(guān)的運行統(tǒng)計資料表明：無刷、永磁發(fā)電機勵磁式發(fā)電機的帶瞬態(tài)浪涌電流的抗”沖擊”的能力是優(yōu)于無刷自激勵勵磁式的發(fā)電機的帶瞬態(tài)浪涌電流” 沖擊”能力的(有的資料稱，可提高1.4倍左右)。鑒于目前現(xiàn)有的發(fā)電機是屬于無刷、自勵磁式的發(fā)電機。相對地而言，它的瞬態(tài)帶載能力較弱。在此背景下，為了盡可能地發(fā)揮這種發(fā)電機的潛在驅(qū)動能力和為后接的UPS供電系統(tǒng)提供盡可能良好的運行環(huán)境。在調(diào)試中，釆用將它的輸出電壓從402V調(diào)節(jié)到396V, 工作頻率從50Hz調(diào)到51Hz的技術(shù)措施。這是因為：對于特定的發(fā)電機而言，如果適當?shù)貙⑺妮敵鲱l率調(diào)高的話,會有利于提高它的輸出功率。在釆取這種措施后、所進行的發(fā)電機帶載實驗證實：它的確可以使得UPS供電系統(tǒng)的運行狀態(tài)獲得了進一步的改善。然而，此時的運行狀態(tài)仍不能達到令人滿意的程度。主要表現(xiàn)為：發(fā)電機的輸出電壓仍然不夠穩(wěn)定和聲音仍有”異?！薄?

（d） 根據(jù)過去的測試數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)：對于同一套的UPS供電系統(tǒng)而言，不論它是處于市電供電、還是處于發(fā)電機供電的條件下運行，它可能反饋到輸入電源的諧波電流是基本相同的、不會有數(shù)量級的變化。在此條件下，釆用發(fā)電機電源供電方式與釆用市電電源供電方式所可能帶來的主要變化是：發(fā)電機電源的內(nèi)阻明顯地高于市電電源的內(nèi)阻。因此，在將釆用發(fā)電機電源帶載時的運行狀態(tài)同釆用市電電源帶載時的運行狀態(tài)進行比較時、就可發(fā)現(xiàn)：它對輸入電源所可能產(chǎn)生的影響是：將會導致供電電源的輸入電壓諧波分量THDV增大，從而致使它的輸入電壓波形的畸變度有所增大。

如圖2所示，同市電供時、出現(xiàn)在兩臺UPS輸入端的的電壓波形相比，當改用發(fā)電機供電時，出現(xiàn)在它的輸入電壓波形上的畸變度明顯地增大(此時，可在它的電壓波形上、觀察到頻率較高的瞬態(tài)”電壓躍變”現(xiàn)象)。眾所周知：當這種畸變度增大的電壓信號被送同時到發(fā)電機和電力穩(wěn)壓器的自動穩(wěn)壓調(diào)控線路中的電壓釆樣信號線路的輸入端上時、由此所造成的惡果之一是：迫使位于伺服調(diào)控式電力穩(wěn)壓器中的僅具有25V/秒左右的低速跟蹤運動特性的碳刷所執(zhí)行的”慢速機械移動”的調(diào)控操作、始終無法同步跟蹤從電子控制線路所發(fā)出的高速自動調(diào)壓控制信號。這是因為碳刷所執(zhí)行的是具有極大延時特性的、機械移動式的自動調(diào)壓操作，從而迫使電力穩(wěn)壓器進入一種具有明顯”滯后跟蹤”特性的、“自激振蕩式”的“誤調(diào)”的工作狀態(tài)之中（其表現(xiàn)為：碳刷始終處于無規(guī)則的、不停的“上、下移動”之中），從而使得它始終無法進入穩(wěn)定的自動調(diào)壓工作狀態(tài)。為改善電力穩(wěn)壓器的運行條件，可釆用技術(shù)措施之一是：釆用適當?shù)亟档退臉朔Q穩(wěn)壓精度的辦法來達到盡可能地減少“伺服調(diào)整碳刷”執(zhí)行自動調(diào)壓操作的頻度，從而達到讓它進入慢速跟蹤的自動調(diào)壓狀態(tài)。在這里，釆用的辦法是：將電力穩(wěn)壓器的輸出電壓的穩(wěn)壓范圍從380V