柴油发电机与UPS的配套使用

柴油发电机与ＵＰＳ的配套使用

［摘要］本文主要介绍了我台后备电源UPS的基本工作原理以及UPS与柴油发电机作为我台整个后备电源系统相互匹配的问题。

［关键词］ UPS柴油发电机

如何提高电视播控中心的供电质量、减少或避免停电事故，是关系到电视节目能否安全优质播出和传输的重要问题。近年我们台安装了UPS不间断电源系统，这样我们原有的后备电源柴油发电机组与UPS所构成了新的后备供电系统。为使柴油发电机与UPS能很好的配合使用，保障电视节目安全优质播出和传输，以下就这一问题做简要分析与介绍。

正常情况下UPS的工作原理如下：

（1）当市电正常供电时，主路由功率因数校正电路产生逆变器工作所需要的直流电压，再经DC/AC逆变器将直流转变为交流输出向负载供电；另一路市电经充电器电路产生的直流电压对蓄电池充电。（2）当市电中断时，蓄电池所储存的能量经DC/DC变换器转换为直流电压作为DC/AC逆变器输入，使输出实现不间断供电。（3）当UPS故障或过载时，自动转为静态旁路由市电直接向负载供电。（4）当UPS维护或检修时，通过转换开关，不间断地转到旁路由市电向负载供电，从而将UPS与负载隔离，进行维护或检修。在正常情况下UPS能确保供电的质量避免停电，但是如果在市电停电时间过长电池储能将要耗尽而市电又没及时恢复的情况下，将由柴油发电机作为输入电源向UPS供电。这时柴油发电机必须适应UPS这一非线性负载的特性，使其在无市电的情况下保证UPS对负载可靠供电。电停电时，柴油发电机作为后备电源它的启动需要一定的时间，所以不能瞬间供电，而UPS却可以做到不间断供电，但供电时间又比较短，一般为半小时左右，这是受到成本和空间的，UPS交流供电系统的电池后备时间不能太长，特别是20kVA以上的大功率UPS，如果配置长延时系统，电池的成本将大于主机的成本。而且在安装时还要考虑楼板的负重，房间的通风等一系列问题。因此，为了保证设备用电的连续性，必须使用柴油发电机作为备用，与UPS配合供电。由于UPS的输入大都是一个非线性负载，且发电机不同于大电网那样容量大它只能提供有限的电流，两者配合使用就会出现不少问题。a.电压的振荡。反馈的波动电压会造成发电机的输出电压稳定度差，形成振荡，会使电压波形产生畸变，供电的质量就无法保证。b.电流振荡。在UPS负载稳定的情况下，发电机输出电流在+20%~+50%范围内摆动，而且这种摆动无法调整。c.发电机的频率振荡。一般情况下，频率的振荡比电压、电流范围小，但是它的影响却比较大，会导致UPS处于频繁的切换的状态。d.UPS无法正常工作。UPS整流器的输入电压有它一定的允许范围，如果超出其允许的电压范围，整流器就无法

正常工作。1、 UPS不能旁路。UPS在旁路电源频率和电压处于允许的范围内时，UPS的逆变输出跟踪旁路电源，逆变电源与旁路电源锁相、同步。当旁路电源由发电机提供时，频率会发生快速变化。当频率变化超出预先设定的极限时，逆变器频率变化就无法跟上旁路电源的频率变化。这时候静态旁路开关将禁止切换到旁路，此时UPS会发出警示性告警，提醒用户避免超载造成断电，此时逆变器仍继续提供电源给负载。2、电池寿命缩短。由于频率的振荡，将导致可控硅整流器的驱动信号与输入交流不同步，造成整流器关闭。在整流器重新启动进入正常工作期间，UPS转为电池供电。这样会造成电池过度的放电，将大大缩短电池的寿命，严重时将电池电量全部放完，输出中断。

我们台的UPS的容量为80KVA（以最大的那台为例），一般要求配套发电机组的容量为UPS容量的2—2.5倍。我们现在使用的柴油发电机容量是75KW。这样柴油机发电机与UPS的容量配比就为0.9：1这样无法达到要求肯定要影响柴油发电机与UPS系统的稳定性。因为UPS输入部分的无源滤波器是高容性的，有时甚至是纯容性的，UPS相当于一个容性负载。当市电掉电后，UPS由电池逆变转向柴油发电机供电时，在这个过程中会使柴油发电机负载发生突变，而且这个突变负载又表现为容性，这样的一个非线性负载就会向柴油机反射大量的高次谐波使柴油发电机输出电压幅值和频率不正常，会造成柴油发电机输出电压振荡，电流振荡以及频率(转速)振荡。使得柴油发电机工作忽强忽弱，振动加剧，加速机械磨损，机器部件严重损坏，同时还会导致UPS处于频繁切换及非正常工作状态，容易造成UPS旁路工作，对负载造成影响，甚至造成柴油发电机停机，使得供电质量无法得到保障。

要改善柴油发电机与UPS设备之间匹配的问题，应当在条件允许情况下尽量选用性能优良的柴油发电机并根据UPS的容量使配套发电机组的容量为UPS容量的2—2.5倍。同时注意到柴油发电机组一般工作在60%以上额定负载的情况下工作，对柴油机较为有利。如果一旦负载降低为额定容量的30%左右，这样会造成发电机组的容量不能充分利用，造成了“大马拉小车”的现象，而且使发电机组更容易产生故障因为根据柴油机的特性，如果在小负荷下长期工作，气缸内温度较低，正常进人气缸内的润滑油不能完全燃烧，而燃油也不能充分燃烧，造成活塞环处、喷油嘴处积炭严重，气缸磨损加剧，因而使上述部位加速故障的产生，使柴油机工作性能下降，排气冒黑烟。目前性能优良的柴油发电机具有比较自动化的功能，能根据负载的变化自动调节输出电压的电压幅值和频率，使输出的电源有质量保证，能很好的与UPS匹配，使供电质量得到保障。

由于发电机与UPS组合带来的问题是客观存在的，解决问题的办法主要是一方面正确选择发电机的励磁工作方式和机组的功率，不同的励磁方式和适当的匹配功率有助于将问题降到最小；另一方面选择更能适合发电机组特性的UPS，例如具有旁路锁相频率范围和逆变器同步频率现场可调节功能的UPS对频率的振荡适应性比较好。12脉冲整流器UPS比6脉冲整流器UPS更能适合发电机组配合供电。

目前就我们台现在的实际情况还不能解决好柴油机组与UPS配合使用的问题，因此在我们台柴油发电机组只作为UPS的旁路电源使用，UPS的主路电

源使用两路相互又相互冗余的交流市电输入。在实际应用当中我们也做过以柴油发电机为旁路向负载供电的实验。首先模拟市电停电，即断掉UPS的市电输入断路器（将CB1开关拨至OFF位置）。此时整流器停止工作，蓄电池开始工作，蓄电池直流电通过逆变器变换为交流正弦波电压供给负载。这时将柴油发电机组启动，将其输出电压调至380V频率调至50HZ，但实际操作当中应该将输出电压与频率调得高一些，因为要考虑到带负载时线损增大，电压与频率比空载时要低。当柴油发电机输出电压与频率调好后，进行模拟电池放电结束，即断掉电池供电开关（将K2开关拨至OFF位置）。此时UPS转向旁路由柴油发电机对负载供电。由于我们的柴油发电机组不能自动调节电压与频率，因此要求工作人员时刻监视柴油发电机组电压与频率的变化根据负载的变化时刻调整柴油发电机组的转速与电压，保证输出电压的正弦波形与频率达到要求。

经过这几年的实践证明，此举虽然有效地改善了电视播控中心的供电质量，有效地消除了交流供电停电事故，提高了电视播控系统和总控系统的安全可靠性，但是由于柴油发电机的日益老化以及其容量与自动调节电能参数的能力不足，还不能真正使其与UPS很好的配合使用，因此为使本台电视节目能更安全优质播出和传输应采用能与我台UPS配合使用的新型柴油发电机，从而确保整个供电系统安全可靠的运行。

以下为市电——UPS——柴油发电机配套系统供电简图：

（注:本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文）