Bộ máy phát điện Diesel được kết hợp với UPS

Bài viết này phân tích và giải thích tác động của hệ số công suất đầu vào UPS và bộ lọc đầu vào đối với máy phát điện để làm rõ nguyên nhân của vấn đề và từ đó tìm ra giải pháp.

1. Phối hợp giữa tổ máy phát diesel và UPS.

Các nhà sản xuất và sử dụng hệ thống cung cấp điện liên tục từ lâu đã nhận thấy các vấn đề phối hợp giữa tổ máy phát và UPS, đặc biệt là các sóng hài dòng điện do các bộ chỉnh lưu tạo ra trên các hệ thống cung cấp điện như bộ điều chỉnh điện áp của tổ máy phát và mạch đồng bộ của UPS.Những tác động bất lợi của điều này là rất rõ ràng.Do đó, các kỹ sư hệ thống UPS đã thiết kế bộ lọc đầu vào và áp dụng nó vào UPS, kiểm soát thành công các sóng hài hiện tại trong ứng dụng UPS.Các bộ lọc này đóng một vai trò quan trọng trong sự tương thích của UPS và các tổ máy phát điện.

Hầu như tất cả các bộ lọc đầu vào đều sử dụng tụ điện và cuộn cảm để hấp thụ các sóng hài dòng điện phá hủy nhất ở đầu vào của UPS.Thiết kế của bộ lọc đầu vào có tính đến phần trăm tổng độ méo hài lớn nhất có thể có trong mạch UPS và khi ở trạng thái đầy tải.Một lợi ích khác của hầu hết các bộ lọc là cải thiện hệ số công suất đầu vào của UPS tải.Tuy nhiên, một hệ quả khác của việc áp dụng bộ lọc đầu vào là làm giảm hiệu suất tổng thể của UPS.Hầu hết các bộ lọc tiêu thụ khoảng 1% điện năng của UPS.Thiết kế của bộ lọc đầu vào luôn tìm kiếm sự cân bằng giữa các yếu tố thuận lợi và không thuận lợi.

Để nâng cao hiệu quả của hệ thống UPS nhiều nhất có thể, các kỹ sư của UPS gần đây đã thực hiện các cải tiến về mức tiêu thụ điện năng của bộ lọc đầu vào.Việc cải thiện hiệu quả bộ lọc phần lớn phụ thuộc vào việc áp dụng công nghệ IGBT (Insulated Gate Transistor) vào thiết kế UPS.Hiệu suất cao của biến tần IGBT đã dẫn đến việc thiết kế lại UPS.Bộ lọc đầu vào có thể hấp thụ một số sóng hài hiện tại trong khi hấp thụ một phần nhỏ công suất hoạt động.Tóm lại, tỷ lệ giữa yếu tố cảm ứng và yếu tố điện dung trong bộ lọc được giảm xuống, khối lượng của UPS được giảm và hiệu suất được cải thiện.Mọi việc trong lĩnh vực UPS dường như đã được giải quyết, nhưng sự tương thích của vấn đề mới với máy phát điện lại xuất hiện, thay thế cho vấn đề cũ.

2. Vấn đề cộng hưởng.

Vấn đề tự kích thích của tụ điện có thể trở nên trầm trọng hơn hoặc bị che lấp bởi các điều kiện điện khác, chẳng hạn như cộng hưởng nối tiếp.Khi giá trị ohmic của điện kháng cảm ứng của máy phát và giá trị ohmic của điện trở của bộ lọc đầu vào gần nhau và giá trị điện trở của hệ thống nhỏ, dao động sẽ xảy ra và điện áp có thể vượt quá giá trị danh định của nguồn hệ thống.Hệ thống UPS được thiết kế mới về cơ bản là trở kháng đầu vào điện dung 100%.Một UPS 500kVA có thể có điện dung 150kvar và hệ số công suất gần bằng không.Cuộn cảm Shunt, cuộn cảm nối tiếp và máy biến áp cách ly đầu vào là các thành phần thông thường của UPS và các thành phần này đều là cảm ứng.Trên thực tế, chúng và điện dung của bộ lọc kết hợp với nhau làm cho toàn bộ UPS hoạt động như điện dung, và có thể đã có một số dao động bên trong UPS.Cùng với các đặc tính điện dung của đường dây điện kết nối với UPS, độ phức tạp của toàn bộ hệ thống tăng lên rất nhiều, vượt ra ngoài phạm vi phân tích của các kỹ sư thông thường.

3. Tổ máy phát điện và phụ tải.

Các tổ máy phát điện diesel dựa vào một bộ điều chỉnh điện áp để điều khiển điện áp đầu ra.Bộ điều chỉnh điện áp phát hiện điện áp đầu ra ba pha và so sánh giá trị trung bình của nó với giá trị điện áp yêu cầu.Bộ điều chỉnh lấy năng lượng từ nguồn điện phụ bên trong máy phát, thường là máy phát điện nhỏ đặt đồng trục với máy phát chính và truyền nguồn điện một chiều cho cuộn kích từ của rôto máy phát.Dòng điện cuộn dây tăng hoặc giảm để điều khiển từ trường quay của cuộn dây stator máy phát điện , hoặc kích thước của sức điện động EMF.Từ thông của cuộn dây stato quyết định điện áp đầu ra của máy phát điện.

Điện trở trong của cuộn dây stato của tổ máy phát điện điêzen được biểu thị bằng Z, bao gồm phần cảm và phần điện trở;suất điện động của máy phát do cuộn dây kích từ rôto điều khiển được biểu diễn bằng E bằng nguồn điện áp xoay chiều.Giả sử tải là thuần cảm, dòng điện I trễ hơn điện áp U một góc pha điện chính xác 90 ° trong giản đồ véc tơ.Nếu tải hoàn toàn là điện trở, các vectơ của U và I sẽ trùng hoặc cùng pha.Trên thực tế, hầu hết các tải đều nằm giữa điện trở thuần và thuần cảm.Điện áp giảm do dòng điện chạy qua cuộn dây stato được biểu diễn bằng vectơ điện áp I × Z.Nó thực sự là tổng của hai vectơ điện áp nhỏ hơn, điện áp kháng giảm cùng pha với I và điện áp cuộn cảm giảm 90 ° về phía trước.Trong trường hợp này, nó xảy ra cùng pha với U. Vì suất điện động phải bằng tổng điện áp rơi của điện trở trong của máy phát và điện áp ra, tức là tổng vectơ của vectơ E = U và I × Z.Bộ điều chỉnh điện áp có thể điều khiển hiệu quả điện áp U bằng cách thay đổi E.

Bây giờ hãy xem xét điều gì sẽ xảy ra với các điều kiện bên trong của máy phát khi sử dụng tải thuần điện dung thay vì tải thuần cảm.Dòng điện lúc này chỉ ngược chiều với tải cảm.Dòng điện I dẫn vectơ điện áp U và vectơ điện áp rơi nội trở I × Z cũng ngược pha.Khi đó tổng vectơ của U và I × Z nhỏ hơn U.

Vì cùng một suất điện động E như trong tải cảm ứng tạo ra điện áp đầu ra máy phát cao hơn U trong tải điện dung, bộ điều chỉnh điện áp phải giảm đáng kể từ trường quay.Trên thực tế, bộ điều chỉnh điện áp có thể không có đủ phạm vi để điều chỉnh hoàn toàn điện áp đầu ra.Các rôto của tất cả các máy phát điện được kích thích liên tục theo một hướng và chứa một từ trường vĩnh cửu.Ngay cả khi bộ điều chỉnh điện áp được đóng hoàn toàn, rôto vẫn có đủ từ trường để nạp điện dung và tạo ra điện áp.Hiện tượng này được gọi là "tự kích thích".Kết quả của hiện tượng tự kích từ là quá áp hoặc tắt bộ điều chỉnh điện áp, và hệ thống giám sát của máy phát điện coi đó là sự cố của bộ điều chỉnh điện áp (tức là "mất kích từ").Một trong hai điều kiện này sẽ khiến máy phát điện dừng.Tải kết nối với đầu ra của máy phát điện có thể độc lập hoặc song song, tùy thuộc vào thời gian và cài đặt của tủ đóng cắt tự động.Trong một số ứng dụng, hệ thống UPS là tải đầu tiên được kết nối với máy phát khi mất điện.Trong các trường hợp khác, UPS và tải cơ được kết nối cùng một lúc.Phụ tải cơ thường có công tắc tơ khởi động và cần một thời gian nhất định để đóng lại sau khi mất điện.Có sự chậm trễ trong việc bù tải động cơ cảm ứng của tụ lọc đầu vào UPS.Bản thân UPS có một khoảng thời gian được gọi là "khởi động mềm", nó chuyển tải từ ắc quy sang máy phát điện để tăng hệ số công suất đầu vào của nó.Tuy nhiên, bộ lọc đầu vào của UPS không tham gia vào quá trình khởi động mềm.Chúng được kết nối với đầu vào của UPS như một phần của UPS.Do đó, trong một số trường hợp, tải chính được kết nối đầu tiên với đầu ra của máy phát khi mất điện là bộ lọc đầu vào của UPS.Chúng có điện dung cao (đôi khi hoàn toàn là điện dung).

Giải pháp cho vấn đề này rõ ràng là sử dụng hiệu chỉnh hệ số công suất.Có nhiều cách để đạt được điều này, đại khái như sau:

1. Lắp đặt tủ chuyển mạch tự động để làm cho tải động cơ được kết nối trước UPS.Một số tủ chuyển đổi có thể không thực hiện được phương pháp này.Ngoài ra, trong quá trình bảo trì, các kỹ sư của nhà máy có thể cần gỡ lỗi riêng cho UPS và máy phát điện.

2. Thêm điện kháng phản kháng vĩnh cửu để bù tải điện dung, thường sử dụng điện kháng cuộn dây song song, được kết nối với bảng song song đầu ra EG hoặc máy phát điện.Điều này rất dễ đạt được và chi phí thấp.Nhưng bất kể ở tải cao hay tải thấp, cuộn kháng luôn hấp thụ dòng điện và ảnh hưởng đến hệ số công suất tải.Và không phụ thuộc vào số lượng UPS, số lượng cuộn kháng luôn cố định.

3. Lắp đặt một điện kháng cảm ứng trong mỗi UPS để chỉ bù cho điện trở điện dung của UPS.Trong trường hợp tải thấp, công tắc tơ (tùy chọn) điều khiển đầu vào của cuộn kháng.Phương pháp lò phản ứng này chính xác hơn, nhưng số lượng lớn và chi phí lắp đặt và điều khiển cao.

4. Lắp công tắc tơ phía trước tụ lọc và ngắt kết nối khi tải yếu.Do thời gian của công tắc tơ phải chính xác và việc điều khiển phức tạp hơn nên chỉ có thể lắp đặt trong nhà máy.

Phương pháp nào là tốt nhất phụ thuộc vào tình hình tại chỗ và hiệu suất của thiết bị.

Nếu bạn muốn biết thêm về máy phát điện diesel, vui lòng liên hệ với Dingbo Power qua email dingbo @ dieselgeneratortech.com, và chúng tôi sẽ phục vụ bạn bất cứ lúc nào.