大功率APCUPS电源跟发电机配合需要注意那些相关的问题

发电机组与UPS的兼容

APCUPS电源系统的制造商和用户很早就已经注意到发电机组和APCUPS电源之间的配合问题，特别是由整流器产生的电流谐波对供电系统 (如发电机组的电压调节器、APCUPS电源的同步电路)产生的不良影响非常明显。由于 UPS 的输入 (整流器)是一个非线性负载，且发电机只能提供有限的电流， 两者结合就会产生多种问题。因此，在UPS系统设计中采用输入滤波器技术，这些滤波器对保证UPS与发电机组的兼容性起到了关键作用。为此就APCUPS电源输入端功率因数和输入滤波器对发电机的影响进行理论分析并以实际案例进行说明，阐明问题产生的原因，进而找出解决的方法。

1.油机组的电流谐波“污染”问题

当APCUPS电源进入由油机组供电时所遇到的特殊问题是：由于油机组所送出的电源本身不但电压畸变度大 (波形失真大)，而且油机组的额定输出功率有限，其内阻大的问题会显得更加突出。当油机组带电阻性负载时，这种影响并不明显。然而，如果用油机组来带整流滤波型负载 (例如计算机和通信设备)和各种可控硅相移调控设备，往往会发生各类不兼容的问题。其原因是非线性负载会向油机组反射大量的高次谐波，其中尤以 5 次和 11 次谐波等对油机组运行的危害最为严重。在规定的电压畸变下，各种非线性负载对发电机所允许带负载百分比的影响见表 4-3。

注：在此实验中所用的油机组的容量为 200kVA。

由表 4-3 可见，不同类型的用户负载对油机组输出电源电压畸变度的影响很大。对于要求达到电压畸变度小于 5%的高质量供电标准的机房来说，如果用户采用的是 12 脉冲整流负载，则允许使用到油机组额定容量的 78%，如果用户使用的是 6 脉冲整流负载，则要求这种负载不得超过发电机组额定输出功率的 14%。显然，过热必会造成发电机组设备的利用率大大降低。当然，如果将允许的电压畸变度的标准降低到一般的民用用电标准（10%），则可允许带 100%的 12 脉冲整流滤波型用电设备。此时，即使带 6 脉冲整流负载也可允许用到发电机组额定容量的 35%左右。

2.功率因数的问题

通常，人们把注意力放在APCUPS电源满载或接近满载情况下的工作状态。虽然它能表述满载情况下APCUPS的工作特性，特别是输入滤波器的特性，然而很少能表述滤波器在空载或接近空载时的状况，毕竟UPS及其电气系统在轻载状态下的电流谐波影响很小。然而，UPS 空载时的工作参数，特别是输入功率因数对于APCUPS与发电机的兼容性来说相当重要。

最新设计的输入滤波器，在减少电流谐波及提高满载情况下的功率因数方面取得了较好的效果，但是在空载或很小负载情况下却衍生出一个电容性超前的极低的功率因数，特别是那些为了满足 5%最大电流失真度的滤波器更是如此。一般情况下，当负载低于 25%时，大多数UPS 系统的输入滤波器会明显导致功率因数降低。但有些新的系统的空载功率因数甚至已低于 25，接近于理想的容性负载。在这种情况下，市电变压器和输配电系统也不受影响，但油机组就不同了，发电机带大容性负载时工作会不正常。当接入较低功率因数负载（如功率因数低于 15%～20%的容性负载）时，由于系统失调，可能导致发电机停机。在市电停电后出现这种停机现象（应急发电机系统带动 UPS 系统负载），将造成灾难性事故。

3.共振问题

电容自激问题可能被其他电气状态所加重或掩盖。如带有交流电源的 LRC 串联电路，给L 和 C 取合适的值，电压 U 能振荡到极高的值。当发电机感抗的欧姆值和输入滤波器容抗的欧姆值相互接近，并且系统的电阻值较小时，将产生振荡，电压可能超出电力系统的定值。

新近设计的APCUPS电源系统实质上为 100%的电容性输入 阻抗。一台 5OOkVA 的 UPS 可能有150kVa，的电容和接近于零的功率因数。并联电感、串联扼流圈和输入隔离变压器是APCUPS常规部件，这些部件都是感性的。事实上它们和滤波器的电容一起使APCUPS总体表现为容性，可能在UPS内部已经存在一些振荡。

4.在实际应用中，当油机组与APCUPS电源选型不合理时，常发生以下现象。

①发电机组输出电压振荡。发电机组输出电压的振荡范围高达额定电压的-10%～20%，当调整 AVR 达到最佳时，振荡仍大于 2%。

②电流振荡。在APCUPS负载稳定的情况下，发电机输出电流在±20%～±50%范围内振荡， 且电流振荡无法调整。

③频率 (转速)振荡。一般的情况下，频率振荡比电压、电流振荡范围小，但影响比较大，导致APCUPS处于频繁切换及非正常工作状态。频率振荡一般在±5%以内，油机组曲于负载有规律地忽大忽小，造成其不能比较稳定地运行，也忽强忽弱，从而使油机组振动加剧，加速机械磨损，甚至机件严重损坏。频率振荡最明显的特征是油机组工作噪声有规律地忽大忽小，因此必须引起高度重视。

④APCUPS工作不正常。主要表现有两个：一是频繁切换，当频率、电压振荡变化超出UPS输入工作范围时，UPS 将转人由蓄电池供电，而发电机在无APCUPS电源负载时恢复正常，随即APCUPS又自动投入，以致这两种情况交错进行；二是容易使 UPS 旁路工作，对负载造成一定影响。