ชุดเครื่องกำเนิดไฟฟ้าดีเซลจับคู่กับ UPS

บทความนี้วิเคราะห์และอธิบายผลกระทบของตัวประกอบกำลังไฟฟ้าเข้าและตัวกรองอินพุตของ UPS บน เครื่องปั่นไฟ เพื่อชี้แจงสาเหตุของปัญหาแล้วหาทางแก้ไข

1. การประสานงานระหว่างชุดเครื่องกำเนิดไฟฟ้าดีเซลกับ UPS

ผู้ผลิตและผู้ใช้ระบบจ่ายไฟสำรองได้สังเกตเห็นปัญหาการประสานงานระหว่างชุดเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและ UPS มานานแล้ว โดยเฉพาะอย่างยิ่งฮาร์โมนิกในปัจจุบันที่สร้างโดยเครื่องแปลงกระแสไฟฟ้าจะถูกสร้างขึ้นบนระบบจ่ายไฟ เช่น ตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าของชุดเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและวงจรซิงโครไนซ์ของ UPSผลข้างเคียงนี้ชัดเจนมากดังนั้น วิศวกรระบบของ UPS จึงออกแบบตัวกรองอินพุตและนำไปใช้กับ UPS ซึ่งควบคุมฮาร์โมนิกปัจจุบันในแอปพลิเคชัน UPS ได้สำเร็จตัวกรองเหล่านี้มีบทบาทสำคัญในความเข้ากันได้ของ UPS และชุดเครื่องกำเนิดไฟฟ้า

ตัวกรองอินพุตเกือบทั้งหมดใช้ตัวเก็บประจุและตัวเหนี่ยวนำเพื่อดูดซับฮาร์โมนิกของกระแสไฟที่ทำลายล้างมากที่สุดที่อินพุตของ UPSการออกแบบตัวกรองสัญญาณเข้าจะพิจารณาถึงเปอร์เซ็นต์ของความเพี้ยนของฮาร์มอนิกทั้งหมดที่เป็นไปได้ซึ่งมีอยู่ในวงจร UPS และภายใต้โหลดเต็มที่ข้อดีอีกประการของตัวกรองส่วนใหญ่คือการปรับปรุงตัวประกอบกำลังไฟฟ้าเข้าของ UPS ที่โหลดอย่างไรก็ตาม ผลที่ตามมาอีกประการของการใช้ตัวกรองสัญญาณเข้าคือการลดประสิทธิภาพโดยรวมของ UPSตัวกรองส่วนใหญ่จะใช้พลังงานประมาณ 1% ของ UPSการออกแบบตัวกรองสัญญาณเข้ามักจะแสวงหาความสมดุลระหว่างปัจจัยที่ดีและไม่เอื้ออำนวย

เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพของระบบ UPS ให้มากที่สุด วิศวกรของ UPS ได้ทำการปรับปรุงการใช้พลังงานของตัวกรองสัญญาณเข้าเมื่อไม่นานนี้การปรับปรุงประสิทธิภาพของตัวกรองขึ้นอยู่กับการประยุกต์ใช้เทคโนโลยี IGBT (Insulated Gate Transistor) กับการออกแบบ UPS เป็นหลักประสิทธิภาพสูงของอินเวอร์เตอร์ IGBT ได้นำไปสู่การออกแบบใหม่ของ UPSตัวกรองสัญญาณเข้าสามารถดูดซับกระแสฮาร์โมนิกบางส่วนในขณะที่ดูดซับพลังงานที่ใช้งานอยู่บางส่วนกล่าวโดยสรุป อัตราส่วนของปัจจัยอุปนัยต่อปัจจัยตัวเก็บประจุในตัวกรองลดลง ปริมาตรของ UPS ลดลง และปรับปรุงประสิทธิภาพดูเหมือนว่าสิ่งต่าง ๆ ในฟิลด์ UPS จะได้รับการแก้ไขแล้ว แต่ความเข้ากันได้ของปัญหาใหม่กับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าได้ปรากฏขึ้นอีกครั้ง แทนที่ปัญหาเก่า

2. ปัญหาเรโซแนนซ์

ปัญหาของการกระตุ้นตัวเองของตัวเก็บประจุอาจรุนแรงขึ้นหรือปิดบังโดยสภาพไฟฟ้าอื่น ๆ เช่นเสียงสะท้อนแบบอนุกรมเมื่อค่าโอห์มมิกของรีแอกแตนซ์อุปนัยของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและค่าโอห์มมิกของรีแอกแตนซ์ capacitive ของตัวกรองอินพุตอยู่ใกล้กัน และค่าความต้านทานของระบบมีขนาดเล็ก การสั่นจะเกิดขึ้น และแรงดันไฟฟ้าอาจเกินค่าพิกัดของกำลังไฟฟ้า ระบบ.ระบบ UPS ที่ออกแบบใหม่นั้นเป็นอิมพีแดนซ์อินพุตแบบคาปาซิทีฟ 100%UPS ขนาด 500kVA อาจมีความจุ 150kvar และตัวประกอบกำลังใกล้ศูนย์ตัวเหนี่ยวนำแบบแบ่ง โช้กแบบอนุกรม และหม้อแปลงแยกอินพุตเป็นส่วนประกอบทั่วไปของ UPS และส่วนประกอบเหล่านี้เป็นอุปนัยทั้งหมดอันที่จริง พวกมันและความจุของตัวกรองรวมกันทำให้ UPS ทำงานเป็นตัวเก็บประจุโดยรวม และอาจมีการสั่นใน UPS อยู่แล้วเมื่อรวมกับลักษณะประจุไฟฟ้าของสายไฟที่เชื่อมต่อกับ UPS ความซับซ้อนของระบบทั้งหมดก็เพิ่มขึ้นอย่างมาก เกินขอบเขตของการวิเคราะห์ของวิศวกรทั่วไป

3. ชุดเครื่องกำเนิดไฟฟ้าดีเซลและโหลด

ชุดเครื่องกำเนิดไฟฟ้าดีเซลใช้ตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าเพื่อควบคุมแรงดันไฟขาออกตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าจะตรวจจับแรงดันไฟขาออกสามเฟสและเปรียบเทียบค่าเฉลี่ยกับค่าแรงดันไฟฟ้าที่ต้องการตัวควบคุมได้รับพลังงานจากแหล่งพลังงานเสริมภายในเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ซึ่งมักจะเป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าขนาดเล็กที่อยู่ร่วมกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าหลัก และส่งพลังงาน DC ไปยังขดลวดกระตุ้นสนามแม่เหล็กของโรเตอร์เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสขดขึ้นหรือลงเพื่อควบคุมสนามแม่เหล็กหมุนของ ขดลวดสเตเตอร์เครื่องกำเนิดไฟฟ้า หรือขนาดของแรงเคลื่อนไฟฟ้า EMFฟลักซ์แม่เหล็กของขดลวดสเตเตอร์กำหนดแรงดันเอาต์พุตของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า

ความต้านทานภายในของขดลวดสเตเตอร์ของชุดเครื่องกำเนิดไฟฟ้าดีเซลแสดงโดย Z รวมถึงชิ้นส่วนอุปนัยและตัวต้านทานแรงเคลื่อนไฟฟ้าของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ควบคุมโดยขดลวดกระตุ้นโรเตอร์นั้นแสดงโดย E โดยแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับสมมติว่าโหลดเป็นแบบอุปนัยล้วนๆ กระแส I จะหน่วงแรงดันไฟฟ้า U โดยมุมเฟสไฟฟ้า 90° ในแผนภาพเวกเตอร์ถ้าโหลดมีความต้านทานอย่างหมดจด เวกเตอร์ของ U และ I จะเท่ากันหรืออยู่ในเฟสอันที่จริง โหลดส่วนใหญ่อยู่ระหว่างความต้านทานอย่างหมดจดและอุปนัยอย่างหมดจดแรงดันตกที่เกิดจากกระแสที่ไหลผ่านขดลวดสเตเตอร์นั้นแสดงด้วยเวกเตอร์แรงดัน I×Zอันที่จริงแล้วเป็นผลรวมของเวกเตอร์แรงดันไฟที่เล็กกว่าสองตัว แรงดันต้านทานตกในเฟสที่มี I และแรงดันไฟเหนี่ยวนำตกไปข้างหน้า 90°ในกรณีนี้ มันอยู่ในเฟสที่มี U เนื่องจากแรงเคลื่อนไฟฟ้าจะต้องเท่ากับผลรวมของแรงดันตกคร่อมของความต้านทานภายในของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและแรงดันเอาต์พุต นั่นคือ ผลรวมเวกเตอร์ของเวกเตอร์ E=U และ I×Z.ตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าสามารถควบคุมแรงดันไฟฟ้า U ได้อย่างมีประสิทธิภาพโดยการเปลี่ยน E.

ตอนนี้ให้พิจารณาว่าเกิดอะไรขึ้นกับสภาพภายในของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเมื่อใช้โหลด capacitive ล้วนๆ แทนโหลดอุปนัยล้วนๆกระแสในเวลานี้ตรงข้ามกับโหลดอุปนัยกระแส I ตอนนี้นำไปสู่เวกเตอร์แรงดันไฟฟ้า U และเวกเตอร์แรงดันตกความต้านทานภายใน I × Z ก็อยู่ในเฟสตรงกันข้ามเช่นกันจากนั้นผลรวมเวกเตอร์ของ U และ I×Z จะน้อยกว่า U

เนื่องจากแรงเคลื่อนไฟฟ้า E เดียวกันกับโหลดอุปนัยทำให้เกิดแรงดันเอาต์พุตของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่สูงขึ้น U ในโหลดแบบประจุไฟฟ้า ตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าจึงต้องลดสนามแม่เหล็กที่หมุนได้อย่างมากในความเป็นจริง ตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าอาจมีช่วงไม่เพียงพอที่จะควบคุมแรงดันไฟขาออกได้อย่างเต็มที่โรเตอร์ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าทั้งหมดถูกกระตุ้นอย่างต่อเนื่องในทิศทางเดียวและมีสนามแม่เหล็กถาวรแม้ว่าตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าจะปิดจนสุด แต่โรเตอร์ยังคงมีสนามแม่เหล็กเพียงพอที่จะชาร์จโหลดแบบคาปาซิทีฟและสร้างแรงดันไฟฟ้าปรากฏการณ์นี้เรียกว่าผลลัพธ์ของการกระตุ้นตัวเองคือแรงดันไฟเกินหรือปิดตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้า และระบบตรวจสอบของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะพิจารณาว่าเป็นความล้มเหลวของตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้า (เช่น "การสูญเสียการกระตุ้น")เงื่อนไขใดเงื่อนไขหนึ่งเหล่านี้จะทำให้เครื่องกำเนิดไฟฟ้าหยุดทำงานโหลดที่เชื่อมต่อกับเอาต์พุตของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าอาจเป็นอิสระหรือขนานกัน ขึ้นอยู่กับเวลาและการตั้งค่าของตู้สวิตช์อัตโนมัติในบางแอปพลิเคชัน ระบบ UPS เป็นโหลดแรกที่เชื่อมต่อกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าระหว่างที่ไฟฟ้าขัดข้องในกรณีอื่นๆ UPS และโหลดทางกลจะเชื่อมต่อพร้อมกันภาระทางกลมักมีคอนแทคเตอร์เริ่มต้นและต้องใช้เวลาพอสมควรในการปิดใหม่หลังจากไฟฟ้าขัดข้องมีความล่าช้าในการชดเชยโหลดมอเตอร์อุปนัยของตัวเก็บประจุตัวกรองอินพุตของ UPSตัว UPS เองมีช่วงระยะเวลาหนึ่งที่เรียกว่า "ซอฟต์สตาร์ท" ซึ่งจะเปลี่ยนภาระจากแบตเตอรี่ไปยังเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเพื่อเพิ่มปัจจัยด้านกำลังไฟฟ้าเข้าอย่างไรก็ตาม ตัวกรองอินพุตของ UPS จะไม่เข้าร่วมในกระบวนการซอฟต์สตาร์ทพวกเขาเชื่อมต่อกับปลายอินพุตของ UPS โดยเป็นส่วนหนึ่งของ UPSดังนั้น ในบางกรณี โหลดหลักที่เชื่อมต่อกับเอาต์พุตของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าก่อนในระหว่างที่ไฟฟ้าขัดข้องคือตัวกรองอินพุตของ UPSพวกเขามีความจุสูง (บางครั้ง capacitive ล้วนๆ)

วิธีแก้ปัญหานี้คือการใช้การแก้ไขตัวประกอบกำลังมีหลายวิธีในการบรรลุเป้าหมายนี้ โดยประมาณดังนี้:

1. ติดตั้งตู้สวิตช์อัตโนมัติเพื่อให้โหลดมอเตอร์เชื่อมต่อก่อน UPSตู้สวิตช์บางตู้อาจใช้วิธีนี้ไม่ได้นอกจากนี้ ในระหว่างการบำรุงรักษา วิศวกรโรงงานอาจจำเป็นต้องดีบัก UPS และเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแยกต่างหาก

2. เพิ่มรีแอกแตนซ์รีแอกทีฟแบบถาวรเพื่อชดเชยโหลดแบบคาปาซิทีฟ โดยปกติจะใช้เครื่องปฏิกรณ์แบบขดลวดขนานที่เชื่อมต่อกับ EG หรือบอร์ดคู่ขนานเอาท์พุตของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าทำได้ง่ายมากและต้นทุนต่ำแต่ไม่ว่าในโหลดสูงหรือโหลดต่ำ เครื่องปฏิกรณ์จะดูดซับกระแสเสมอและส่งผลกระทบต่อตัวประกอบกำลังโหลดและไม่ว่า UPS จะมีจำนวนเท่าใด จำนวนเครื่องปฏิกรณ์จะคงที่เสมอ

3. ติดตั้งเครื่องปฏิกรณ์อุปนัยใน UPS แต่ละเครื่องเพื่อชดเชยค่ารีแอกแตนซ์แบบคาปาซิทีฟของ UPSในกรณีที่โหลดต่ำ คอนแทคเตอร์ (ทางเลือก) จะควบคุมอินพุตของเครื่องปฏิกรณ์วิธีการของเครื่องปฏิกรณ์นี้มีความแม่นยำมากกว่า แต่จำนวนที่มาก และค่าใช้จ่ายในการติดตั้งและควบคุมก็สูง

4. ติดตั้งคอนแทคเตอร์ที่ด้านหน้าของตัวเก็บประจุตัวกรองและถอดออกเมื่อโหลดเหลือน้อยเนื่องจากเวลาของคอนแทคเตอร์ต้องแม่นยำและการควบคุมจึงซับซ้อนกว่า ติดตั้งได้ในโรงงานเท่านั้น

วิธีใดดีที่สุดขึ้นอยู่กับสถานการณ์ในสถานที่และประสิทธิภาพของอุปกรณ์

หากคุณต้องการทราบข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าดีเซล โปรดปรึกษา Dingbo Power ทางอีเมล dingbo@dieselgeneratortech.com และเราจะพร้อมให้บริการคุณตลอดเวลา