Dieselaggregat ist mit UPS abgestimmt

Dieser Artikel analysiert und erklärt die Auswirkungen des USV-Eingangsleistungsfaktors und des Eingangsfilters auf die Stromgenerator um die Ursache des Problems zu klären und dann eine Lösung zu finden.

1. Koordination zwischen Dieselaggregat und USV.

Hersteller und Benutzer von unterbrechungsfreien Stromversorgungssystemen haben seit langem die Koordinationsprobleme zwischen Stromaggregaten und USV bemerkt, insbesondere die von Gleichrichtern erzeugten Stromoberschwingungen werden in Stromversorgungssystemen wie Spannungsreglern von Stromaggregaten und Synchronisationsschaltungen von USVs erzeugt.Die negativen Auswirkungen davon sind sehr offensichtlich.Daher haben USV-Systemingenieure den Eingangsfilter entworfen und auf die USV angewendet, wodurch die Stromoberschwingungen in der USV-Anwendung erfolgreich kontrolliert wurden.Diese Filter spielen eine Schlüsselrolle bei der Kompatibilität von USV und Stromaggregaten.

Nahezu alle Eingangsfilter verwenden Kondensatoren und Induktoren, um die zerstörerischsten Stromharmonischen am USV-Eingang zu absorbieren.Die Auslegung des Eingangsfilters berücksichtigt den Anteil der maximal möglichen harmonischen Gesamtverzerrung, die dem USV-Kreis und unter Volllast innewohnt.Ein weiterer Vorteil der meisten Filter besteht darin, den Eingangsleistungsfaktor der geladenen USV zu verbessern.Eine weitere Folge der Anwendung des Eingangsfilters ist jedoch die Verringerung des Gesamtwirkungsgrads der USV.Die meisten Filter verbrauchen etwa 1 % der USV-Leistung.Das Design des Eingangsfilters sucht immer nach einem Gleichgewicht zwischen günstigen und ungünstigen Faktoren.

Um die Effizienz des USV-Systems so weit wie möglich zu verbessern, haben USV-Ingenieure kürzlich Verbesserungen am Stromverbrauch des Eingangsfilters vorgenommen.Die Verbesserung der Filtereffizienz hängt weitgehend von der Anwendung der IGBT-Technologie (Insulated Gate Transistor) auf das USV-Design ab.Der hohe Wirkungsgrad des IGBT-Wechselrichters hat zu einem Redesign der USV geführt.Der Eingangsfilter kann einige Stromharmonische absorbieren, während er einen kleinen Teil der Wirkleistung absorbiert.Kurz gesagt, das Verhältnis von induktiven Faktoren zu kapazitiven Faktoren im Filter wird verringert, die Lautstärke der USV verringert und der Wirkungsgrad verbessert.Die Dinge im USV-Bereich scheinen gelöst worden zu sein, aber die Kompatibilität des neuen Problems mit dem Generator ist wieder aufgetreten und hat das alte Problem ersetzt.

2. Resonanzproblem.

Das Problem der Kondensator-Selbsterregung kann durch andere elektrische Bedingungen, wie z. B. Serienresonanz, verschlimmert oder maskiert werden.Wenn der ohmsche Wert der induktiven Reaktanz des Generators und der ohmsche Wert der kapazitiven Reaktanz des Eingangsfilters nahe beieinander liegen und der Widerstandswert des Systems klein ist, treten Schwingungen auf und die Spannung kann den Nennwert der Leistung überschreiten System.Das neu entwickelte USV-System hat im Wesentlichen 100 % kapazitive Eingangsimpedanz.Eine 500-kVA-USV kann eine Kapazität von 150 kvar und einen Leistungsfaktor nahe Null haben.Shunt-Induktivitäten, Reihendrosseln und Eingangstrenntransformatoren sind herkömmliche Komponenten von USVs, und diese Komponenten sind alle induktiv.Tatsächlich bewirken sie zusammen mit der Kapazität des Filters, dass sich die USV als Ganzes kapazitiv verhält, und es kann bereits zu Schwingungen innerhalb der USV kommen.In Verbindung mit den kapazitiven Eigenschaften der an die USV angeschlossenen Stromleitungen wird die Komplexität des gesamten Systems stark erhöht, was über den Rahmen der Analyse gewöhnlicher Ingenieure hinausgeht.

3. Dieselaggregat und Last.

Dieselgeneratorsätze verlassen sich auf einen Spannungsregler, um die Ausgangsspannung zu steuern.Der Spannungsregler erfasst die dreiphasige Ausgangsspannung und vergleicht ihren Mittelwert mit dem erforderlichen Spannungswert.Der Regler erhält Energie von der Hilfsstromquelle im Inneren des Generators, normalerweise einem kleinen Generator, der koaxial zum Hauptgenerator ist, und überträgt Gleichstrom an die Magnetfeld-Erregerspule des Generatorrotors.Der Spulenstrom steigt oder fällt, um das rotierende Magnetfeld der zu steuern Generator-Statorspule , oder die Größe der elektromotorischen Kraft EMF.Der magnetische Fluss der Statorspule bestimmt die Ausgangsspannung des Generators.

Der Innenwiderstand der Statorspule eines Dieselgeneratorsatzes wird durch Z dargestellt, einschließlich induktiver und ohmscher Teile;die elektromotorische Kraft des durch die Rotorerregerspule gesteuerten Generators wird durch E durch eine Wechselspannungsquelle dargestellt.Unter der Annahme, dass die Last rein induktiv ist, eilt der Strom I der Spannung U im Zeigerdiagramm genau um 90° elektrischen Phasenwinkel nach.Wenn die Last rein ohmsch ist, fallen die Vektoren von U und I zusammen oder sind in Phase.Tatsächlich liegen die meisten Lasten zwischen rein ohmsch und rein induktiv.Der Spannungsabfall, der durch den durch die Statorspule fließenden Strom verursacht wird, wird durch den Spannungsvektor I × Z dargestellt.Es ist tatsächlich die Summe von zwei kleineren Spannungsvektoren, dem Spannungsabfall des Widerstands in Phase mit I und dem Spannungsabfall der Induktivität um 90 ° voraus.In diesem Fall ist sie zufällig mit U in Phase. Denn die elektromotorische Kraft muss gleich der Summe aus dem Spannungsabfall des Innenwiderstands des Generators und der Ausgangsspannung sein, also der Vektorsumme des Vektors E=U und Ich × Z.Der Spannungsregler kann die Spannung U effektiv steuern, indem er E ändert.

Überlegen Sie nun, was mit den inneren Bedingungen des Generators passiert, wenn anstelle einer rein induktiven Last eine rein kapazitive Last verwendet wird.Der Strom ist zu diesem Zeitpunkt genau das Gegenteil der induktiven Last.Der Strom I eilt nun dem Spannungsvektor U voraus und der Innenwiderstands-Spannungsabfallvektor I x Z ist ebenfalls gegenphasig.Dann ist die Vektorsumme von U und I×Z kleiner als U.

Da die gleiche elektromotorische Kraft E wie bei der induktiven Last bei der kapazitiven Last eine höhere Generatorausgangsspannung U erzeugt, muss der Spannungsregler das rotierende Magnetfeld deutlich reduzieren.Tatsächlich hat der Spannungsregler möglicherweise nicht genug Bereich, um die Ausgangsspannung vollständig zu regulieren.Die Rotoren aller Generatoren werden kontinuierlich in eine Richtung erregt und enthalten ein permanentes Magnetfeld.Selbst wenn der Spannungsregler vollständig geschlossen ist, hat der Rotor immer noch genug Magnetfeld, um die kapazitive Last aufzuladen und Spannung zu erzeugen.Dieses Phänomen wird "Selbsterregung" genannt.Das Ergebnis der Selbsterregung ist eine Überspannung oder ein Abschalten des Spannungsreglers, und das Überwachungssystem des Generators betrachtet dies als einen Ausfall des Spannungsreglers (dh "Erregungsverlust").Jede dieser Bedingungen führt dazu, dass der Generator stoppt.Die an den Ausgang des Generators angeschlossene Last kann unabhängig oder parallel sein, je nach Zeitsteuerung und Einstellung des automatischen Schaltschranks.In einigen Anwendungen ist das USV-System die erste Last, die während eines Stromausfalls an den Generator angeschlossen wird.In anderen Fällen werden USV und mechanische Last gleichzeitig angeschlossen.Die mechanische Last hat normalerweise ein Anlaufschütz, und es dauert eine gewisse Zeit, bis es nach einem Stromausfall wieder geschlossen wird.Es gibt eine Verzögerung bei der Kompensation der induktiven Motorlast des USV-Eingangsfilterkondensators.Die USV selbst hat eine Zeitspanne, die als „Softstart“ bezeichnet wird und die Last von der Batterie auf den Generator verlagert, um den Eingangsleistungsfaktor zu erhöhen.USV-Eingangsfilter nehmen jedoch nicht am Softstart-Vorgang teil.Sie werden als Teil der USV mit dem Eingangsende der USV verbunden.Daher ist in einigen Fällen die Hauptlast, die während eines Stromausfalls zuerst an den Ausgang des Generators angeschlossen wird, der Eingangsfilter der USV.Sie sind stark kapazitiv (manchmal rein kapazitiv).

Die Lösung für dieses Problem ist offensichtlich die Verwendung einer Leistungsfaktorkorrektur.Es gibt viele Möglichkeiten, dies zu erreichen, etwa wie folgt:

1. Installieren Sie einen automatischen Schaltschrank, um die Motorlast vor der USV anzuschließen.Einige Schaltschränke können diese Methode möglicherweise nicht implementieren.Darüber hinaus müssen Anlagentechniker während der Wartung möglicherweise USV und Generatoren separat debuggen.

2. Fügen Sie eine permanente Blindreaktanz hinzu, um die kapazitive Last zu kompensieren, normalerweise unter Verwendung einer Parallelwicklungsdrossel, die an die EG- oder Generatorausgangs-Parallelplatine angeschlossen ist.Dies ist sehr einfach zu erreichen, und die Kosten sind gering.Aber egal bei hoher Last oder niedriger Last, die Drossel absorbiert immer Strom und beeinflusst den Leistungsfaktor der Last.Und unabhängig von der Anzahl der USV ist die Anzahl der Reaktoren immer festgelegt.

3. Installieren Sie eine induktive Drossel in jeder USV, um gerade die kapazitive Reaktanz der USV zu kompensieren.Bei geringer Last steuert das Schütz (optional) den Eingang der Drossel.Diese Reaktormethode ist genauer, aber die Anzahl ist groß und die Kosten für Installation und Steuerung sind hoch.

4. Installieren Sie ein Schütz vor dem Filterkondensator und trennen Sie es, wenn die Last niedrig ist.Da die Zeit des Schützes genau sein muss und die Steuerung komplizierter ist, kann es nur im Werk installiert werden.

Welche Methode die beste ist, hängt von der Situation vor Ort und der Leistungsfähigkeit der Ausrüstung ab.

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