UPS電源和康明斯柴油發電機如何匹配

UPS電源和柴油發電機不兼容的原因主要是UPS的輸入諧波電流引起的輸入功率因數低而造成的，再一個就是發電機的內阻抗大。傳統的解決方案是將發電機降額使用，使發電機有足夠的容量來補償由UPS的輸入諧波電流而引起的無功功率，發電機所帶負載的功耗大約為其額定容量的30%左右。顯然，這屬于一種”大馬拉小車”的現象，是不經濟的，而且柴油發電機工作在小負荷狀態，使柴油發電機組更容易產生故障，降低了柴油發電機組的工作可靠性，其原因是柴油發電機機在小負荷下長期工作，氣缸內溫度較低，正常進人氣缸內的潤滑油不能完全燃燒，而燃油也不能充分燃燒，造成活塞環處、噴油嘴處積炭嚴重，氣缸磨損加劇，因而使上述部位加速故障的產生，使柴油機工作性能下降，排氣冒黑煙。柴油發電機組要求負載必須在60%以上額定負載的情況下工作，對柴油發電機才較為有利。可以看出，采用柴油發電機降額方案來解決問題不是一種根本解決問題的方法，根本解決問題的方法應該是對UPS輸入端的功率因數進行校正（PFC），使UPS接近于一個線性負載，對電網或發電機產生很小的諧波電流。

有源功率因數校正
功率因數校正分無源校正和有源校正，有源功率因數校正通常是在整流器后接一個升壓型變換器，圖3，該方法校正效果好，校正后，輸入電流接近于一個正弦波，功率因數可達到0.99，諧波電流可以減小到5%以內。但該方法由于多用了一級變換器，UPS的可靠性就會下降，在大功率UPS中顯得更為突出，所以有源功率因數校正一般用于單相輸入的小功率UPS中（25kVA以下），對于三相輸入的大、中功率的UPS通常采用無源校正的方法。

LC無源濾波器校正

由于這種濾波器僅用了LC元件，將它并聯在整流器的輸入端，對UPS電源的可靠性沒有什么影響，對于三相6脈沖的整流器，其諧波電流主要為5、7次諧波，將濾波器設計為對幅度最大的5次諧波電流的阻抗為零，對7次諧波電流的阻抗很低，因此，5次和7次諧波電流基本流進了濾波器，而不會反送給柴油發電機，引起發電機輸出電壓失真。這種方法簡單，濾波效果也很好，諧波電流總THD可以減小到10%以內，功率因數可以達到0.95。但缺點是由于加了濾波器，加大了UPS的體積和重量，但UPS的體積和重量大一點并沒有太大的關系，關鍵是要求可靠性高，所以這種LC濾波器校正功率因數的方法在三相輸入的大、中功率UPS中得到了廣泛的應用。

LC無源濾波器存在的問題

由于UPS輕載時的輸入諧波電流對交流電源系統影響很小，甚至可以忽略，我們設計的LC濾波器主要考慮UPS滿載時輸入諧波電流的抑制和改善輸入功率因數的性能，因此，有無源濾波器的UPS在空載和輕載時往往呈現特別低的超前功率因數，即為電容性負載，這種情況對市電的變壓器沒有什么影響，但是，柴油發電機給電容負載供電時可能出現輸出電壓過高或無激磁而關機，造成供電系統嚴重故障。下面我們來分析產生這種現象的原因，圖5是發電機供電系統簡化電路圖，U1是發電機的電勢，U1的大小取決于發電機的激磁電流。Zs是發電機定子的阻抗，Z是負載的阻抗，Us是發電機的輸出電壓，I是負載電流。

因為發電機的電勢必須等于發電機內部阻抗和外部負載阻抗的壓降之和，因此，可以調節電壓調節器改變發電機電勢U.來控制發電機的輸出電壓。圖5c是發電機給純電容性負載供電時的向量圖，其中電流向量I超前電壓向量Us90°，內部電壓降IZs的相位與電感性負載時相反，結果發電機發出的電勢U1比輸出的電壓Us小，也就是說，較小的電勢U1就能產生很大的輸出電壓Us。

在這種情況下，為了維持發電機輸出電壓Us恒定，電壓調節器必須大大地減小轉子激磁電流以減小發電機電勢U1，但是因為發電機轉子都有一定的剩磁，即使電壓調節器完全關閉，仍有足夠的磁場產生輸出電壓，所以電壓調節器不可能有足夠的調節范圍完全控制輸出電壓。這將導致輸出過壓，或者電壓調節器關閉，最終使發電機關閉。因此，柴油發電機帶電容性負載時不能正常工作。UPS在空載或輕載時屬于電容性負載，圖5c的情況是實際存在的。顯然，要解決上述問題，必須對UPS在空載和輕載時的輸入功率因數進行調節。具體解決問題的方法為：

1
在發電機所帶的負載包括UPS和機房空調的情況下，可先將空調設備加到發電機上，具體方法可在UPS的輸入電路上接一個延時繼電器，以延緩UPS負載電力的接通。

2
采用帶接觸器的UPS輸入濾波器，當UPS輕載時通過接觸器自動斷開濾波器。