Dieselgeneratorset matchas med UPS

Den här artikeln analyserar och förklarar effekten av UPS:s ineffektfaktor och ingångsfilter på elgenerator för att klargöra orsaken till problemet och sedan hitta en lösning.

1. Samordning mellan dieselgenerator och UPS.

Tillverkare och användare av avbrottsfri strömförsörjningssystem har länge lagt märke till koordinationsproblemen mellan generatoraggregat och UPS, speciellt de strömövertoner som genereras av likriktare genereras på strömförsörjningssystem som spänningsregulatorer för generatoraggregat och synkroniseringskretsar för UPS.De negativa effekterna av detta är mycket uppenbara.Därför designade UPS-systemingenjörer ingångsfiltret och applicerade det på UPS-enheten, och kontrollerade framgångsrikt de nuvarande övertonerna i UPS-applikationen.Dessa filter spelar en nyckelroll i kompatibiliteten för UPS och generatoraggregat.

Praktiskt taget alla ingångsfilter använder kondensatorer och induktorer för att absorbera de mest destruktiva strömövertonerna vid UPS-ingången.Utformningen av ingångsfiltret tar hänsyn till procentandelen av den maximalt möjliga totala harmoniska distorsionen som är inneboende i UPS-kretsen och under full belastning.En annan fördel med de flesta filter är att förbättra ineffektfaktorn för den laddade UPS:en.En annan konsekvens av appliceringen av ingångsfiltret är dock att UPS:ens totala effektivitet minskar.De flesta filter förbrukar cirka 1 % av UPS-strömmen.Utformningen av ingångsfiltret söker alltid en balans mellan gynnsamma och ogynnsamma faktorer.

För att förbättra effektiviteten hos UPS-systemet så mycket som möjligt har UPS-ingenjörer nyligen gjort förbättringar av energiförbrukningen för ingångsfiltret.Förbättringen av filtereffektiviteten beror till stor del på tillämpningen av IGBT-teknik (Insulated Gate Transistor) på UPS-design.Den höga effektiviteten hos IGBT-växelriktaren har lett till en omdesign av UPS:en.Ingångsfiltret kan absorbera vissa strömövertoner samtidigt som det absorberar en liten del av den aktiva effekten.Kort sagt, förhållandet mellan induktiva faktorer och kapacitiva faktorer i filtret reduceras, UPS-enhetens volym reduceras och effektiviteten förbättras.Saker inom UPS-området verkar ha lösts, men det nya problemets kompatibilitet med generatorn har dykt upp igen och ersatt det gamla problemet.

2. Resonansproblem.

Problemet med kondensatorns självexcitering kan förvärras eller maskeras av andra elektriska förhållanden, såsom serieresonans.När det ohmska värdet för generatorns induktiva reaktans och det ohmska värdet för ingångsfiltrets kapacitiva reaktans är nära varandra, och systemets resistansvärde är litet, kommer oscillation att inträffa och spänningen kan överstiga märkvärdet för effekten systemet.Det nydesignade UPS-systemet är i huvudsak 100 % kapacitiv ingångsimpedans.En 500kVA UPS kan ha en kapacitans på 150kvar och en effektfaktor nära noll.Shuntinduktorer, seriedrossel och ingångsisoleringstransformatorer är konventionella komponenter i UPS, och dessa komponenter är alla induktiva.Faktum är att de och kapacitansen hos filtret tillsammans gör att UPS:en fungerar lika kapacitiv som en helhet, och det kan redan förekomma vissa svängningar inuti UPS:en.Tillsammans med de kapacitiva egenskaperna hos kraftledningarna som är anslutna till UPS:en ökar komplexiteten i hela systemet avsevärt, bortom ramen för analysen av vanliga ingenjörer.

3. Dieselgeneratorset och last.

Dieselgeneratorer är beroende av en spänningsregulator för att styra utspänningen.Spänningsregulatorn känner av den trefasiga utspänningen och jämför dess medelvärde med det erforderliga spänningsvärdet.Regulatorn erhåller energi från hjälpströmkällan inuti generatorn, vanligtvis en liten generator som är koaxiell med huvudgeneratorn, och överför likström till magnetfältets exciteringsspole i generatorrotorn.Spolens ström stiger eller sjunker för att styra det roterande magnetfältet generatorstatorspole eller storleken på den elektromotoriska kraften EMF.Det magnetiska flödet hos statorspolen bestämmer generatorns utspänning.

Det inre motståndet hos statorspolen i en dieselgeneratorset representeras av Z, inklusive induktiva och resistiva delar;den elektromotoriska kraften hos generatorn som styrs av rotorexcitationsspolen representeras av E av en AC-spänningskälla.Om man antar att lasten är rent induktiv, släpar strömmen I efter spänningen U med exakt 90° elektrisk fasvinkel i vektordiagrammet.Om belastningen är rent resistiv kommer vektorerna för U och I att sammanfalla eller vara i fas.Faktum är att de flesta belastningar är mellan rent resistiva och rent induktiva.Spänningsfallet orsakat av strömmen som passerar genom statorspolen representeras av spänningsvektorn I×Z.Det är faktiskt summan av två mindre spänningsvektorer, resistansspänningsfallet i fas med I och induktorspänningsfallet 90° framåt.I det här fallet råkar den vara i fas med U. Eftersom den elektromotoriska kraften måste vara lika med summan av spänningsfallet för generatorns interna motstånd och utspänningen, det vill säga vektorsumman av vektorn E=U och I×Z.Spänningsregulatorn kan effektivt styra spänningen U genom att ändra E.

Tänk nu på vad som händer med de interna förhållandena hos generatorn när en rent kapacitiv belastning används istället för en rent induktiv belastning.Strömmen vid denna tidpunkt är precis motsatsen till den induktiva lasten.Strömmen I leder nu spänningsvektorn U, och den interna resistansspänningsfallsvektorn I×Z är också i motsatt fas.Då är vektorsumman av U och I×Z mindre än U.

Eftersom samma elektromotoriska kraft E som i den induktiva lasten ger en högre generatorutgångsspänning U i den kapacitiva lasten, måste spänningsregulatorn avsevärt minska det roterande magnetfältet.Faktum är att spänningsregulatorn kanske inte har tillräckligt med räckvidd för att helt reglera utspänningen.Alla generatorers rotorer exciteras kontinuerligt i en riktning och innehåller ett permanent magnetfält.Även om spänningsregulatorn är helt stängd har rotorn fortfarande tillräckligt med magnetfält för att ladda den kapacitiva lasten och generera spänning.Detta fenomen kallas "självexcitering".Resultatet av självexcitering är överspänning eller avstängning av spänningsregulatorn, och generatorns övervakningssystem anser att det är ett fel i spänningsregulatorn (dvs. "förlust av excitation").Båda dessa tillstånd gör att generatorn stannar.Belastningen ansluten till generatorns utgång kan vara oberoende eller parallell, beroende på tidpunkten och inställningen av det automatiska kopplingsskåpet.I vissa applikationer är UPS-systemet den första belastningen som är ansluten till generatorn under ett strömavbrott.I andra fall ansluts UPS och mekanisk belastning samtidigt.Den mekaniska lasten har vanligtvis en startkontaktor, och det tar en viss tid att stänga igen efter ett strömavbrott.Det finns en fördröjning i att kompensera den induktiva motorbelastningen för UPS-inputfilterkondensatorn.Själva UPS-enheten har en tidsperiod som kallas "mjukstart", som flyttar belastningen från batteriet till generatorn för att öka dess ineffektfaktor.UPS-ingångsfilter deltar dock inte i mjukstartsprocessen.De är anslutna till ingångsänden på UPS:en som en del av UPS:en.I vissa fall är därför huvudlasten som först kopplas till generatorns utgång under ett strömavbrott UPS:ens ingångsfilter.De är mycket kapacitiva (ibland rent kapacitiva).

Lösningen på detta problem är uppenbarligen att använda effektfaktorkorrigering.Det finns många sätt att uppnå detta, ungefär som följer:

1. Installera ett automatiskt kopplingsskåp för att koppla motorbelastningen före UPS:en.Vissa kopplingsskåp kanske inte kan implementera denna metod.Dessutom kan anläggningsingenjörer under underhåll behöva felsöka UPS och generatorer separat.

2. Lägg till en permanent reaktiv reaktans för att kompensera den kapacitiva belastningen, vanligtvis med hjälp av en parallelllindningsreaktor, ansluten till EG- eller generatorutgångens parallellkort.Detta är mycket lätt att uppnå, och kostnaden är låg.Men oavsett i hög belastning eller låg belastning, absorberar reaktorn alltid ström och påverkar belastningsfaktorn.Och oavsett antalet UPS är antalet reaktorer alltid fast.

3. Installera en induktiv reaktor i varje UPS för att bara kompensera för UPS:ens kapacitiva reaktans.Vid låg belastning styr kontaktorn (tillval) reaktorns ingång.Denna reaktormetod är mer exakt, men antalet är stort och kostnaden för installation och kontroll är hög.

4. Installera en kontaktor framför filterkondensatorn och koppla bort den när belastningen är låg.Eftersom kontaktorns tid måste vara exakt och styrningen är mer komplicerad, kan den endast installeras på fabriken.

Vilken metod som är bäst beror på situationen på plats och utrustningens prestanda.

Om du vill veta mer om dieselgeneratorer, välkommen att kontakta Dingbo Power via e-post dingbo@dieselgeneratortech.com, så står vi till din tjänst när som helst.