UPS 系统与发电机组的兼容性答疑
发电机组的UPS系统的兼容性
1发电机组的UPS系统的兼容匹配问题随着互联网的发展，人们对数据处理的量与速度都有更高的要求，数据中心对大功率UPS和发电机的需求迅猛增长，新的需求产生，伴随着更多新的问题。
UPS作为自市电停电到备用柴油发电机组供电的中间段的电源设备,可以将蓄电池的电能无延时地逆变向重要负载供电，从而保证在柴油发电机组启动供电前负载不断电，而当柴油发电机组投入使用时，UPS就作为发电机组的负载，为UPS进行充电。
整流滤波器件是UPS的主要部件之一，这种非线性负载会向柴油发电机组反射大量的高次谐波，其中以5次和7次谐波危害最严重，尤其是非线性负载较大而发电机组容量又较小时这种危害就更明显。
1.主要表现在以下几种故障现象：1.1.发电机组的输出电压突然增高到440V以上，其后果是造成UPS损坏。
1.2.发电机组输出频率到50-60Hz，致使UPS保护动作。
1.3.发电机组在出现频率或电压异常的同时出现严重的机械共振现象，柴油机出现有节奏的摇摆和声音起伏，严重时还出现损坏发电机的励磁回路和AVR。
1.4.UPS因检测到过电压或过频率而自动关断整流器，由后备电池组向负载放电或从旁路直接向负载供电。
2.UPS与同步交流发电机互相影响非线性负载——UPS对发电机的影响，在多篇文章中已从理论上进行了说明，因而这里不再复述。
在应用中，当柴油发电机组与UPS选型不合理时，常发生以下现象:(1)发电机组输出电压振荡:振荡范围高达额定电压±(10%-20%)，当调整AVR达到最佳时，振荡仍大于2%。
(2)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UPS处于频繁切换及非正常工作状态。
频率振荡一般在±5%以内，柴油机由于负载有规律的忽大忽小，造成其工作也忽强忽弱，柴油发电机组振动加剧，加速机械磨损，甚至机件严重损坏。
发电机组与UPS的匹配分析与探讨
图２ 典 型 高 频 机 拓 扑 图
确保 ＵＰ 能够很好地与发 电机 匹配 ，为此首先必须 了解 发 电 Ｓ 机的负载特性和各种类型ＵＰ 的输入特性 。 Ｓ
台ＵＰ 的输入功率 因数取决 于其所采用的整流技术 ， Ｓ
不同 的整 流技术具有不 同的输入功 率因数 ，而且 其特性也不
２ ｌ． ＯＯ１ １中国交通信 息化 １ ２７
ＷＷ Ｗ Ｈｆ Ａｆ Ｃ Ｎ ＴＳ Ｎ Ｃ
尽相同。
Ｉ ＧＢＴ整流通过高频调 制可 以准确跟踪 输入 电压 、电流 的波形和相位 ，因而具有 非常好 的输入 特性 。通常输入功率 因数可达到０ ９ ，输入 电流谐 波畸变 （ ．９ ＴＨＤｉ ）＜３ ％，而且 输入特性在各种工况下变化很小 。 可控硅 整流属于 工频整流 ，它有６ 脉冲整 流和 １ 脉冲整 ２ 流 ，其输入特性 随着工况 的不 同会有较大的改变 。可控硅整 流时，输入功率 因数的相移 因子Ｃ Ｓ Ｏ 中与整流后 的直流电压与 输入交流电压的 比值成正比。当直 流母线电压较高时，ＵＰ 输 Ｓ 入功率 因数也 比较高 ；当直流母线电压较低 时，ＵＰ 输入功率 Ｓ 因数就 比较低。 电池 回充 时，因放 电后 电池 组端 电压 很低 ， ＵＰＳ 必须调低其直流母 线的电压 ，以便将 电池充 电电流控制
发 电机组 与Ｕ Ｓ Ｐ 的匹配分析与探讨
江西方兴科技有限公司 钱怀风
Ｉ ＧＢＴ的开通与关断 ，Ｉ ＧＢＴ整流器 开关频率通常在几Ｋ到几
刖 舌
பைடு நூலகம்
发电机组和UPS之间的配合问题
随着Ｉｎｔｅｒｎｅｔ的发展，数据中心对大功率ＵＰＳ和发电机的需求迅猛增长，由此也产生了一些新问题。
本文就ＵＰＳ输入端功率因数和输入滤波器对发电机的影响，进行理论分析和实际案例的说明，以阐明问题产生的原因，进而找出解决的方法。
１发电机组和ＵＰＳ之间的配合问题不间断电源系统的制造商和用户很早就已经注意到发电机组和ＵＰＳ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、ＵＰＳ的同步电路产生的不良影响非常明显。
因此，ＵＰＳ系统工程师们设计了输入滤波器并把其应用到ＵＰＳ中，成功地在ＵＰＳ应用中控制了电流谐波。
这些滤波器对ＵＰＳ与发电机组的兼容性起到了关键作用。
事实上所有的输入滤波器都使用电容器和电感来吸收ＵＰＳ输入端最具破坏性的电流谐波。
输入滤波器的设计考虑了ＵＰＳ电路固有的和在满载情况下的最大可能的全部谐波畸变的百分比。
大多数滤波器的另一个益处是提高带载ＵＰＳ的输入功率因数。
然而输入滤波器的应用带来的另一个后果是使ＵＰＳ整体效率降低。
绝大多数滤波器消耗１％左右的ＵＰＳ功率。
输入滤波器的设计一直在有利和不利因素之间寻求平衡。
为了尽可能提高ＵＰＳ系统的效率，近期ＵＰＳ工程师在输入滤波器的功耗方面做了改进。
滤波器效率的提高，从很大程度上取决于将ＩＧＢＴ 绝缘门级晶体管技术应用到ＵＰＳ设计中。
ＩＧＢＴ逆变器的高效率导致了对ＵＰＳ的重新设计。
输入滤波器可以吸收某些电流谐波，同时吸收很小一部分有功功率。
总之，滤波器中感性因素对容性因素的比率降低了，ＵＰＳ的体积变小了，效率提高了。
在ＵＰＳ领域的事情好像得以解决了，然而新问题——与发电机的兼容性又出现了，替代了老问题。
２功率因数的问题通常，人们把注意力放在ＵＰＳ满载或接近满载情况下的工作状态。
绝大多数工程师都能表述满载情况下的ＵＰＳ工作特性，特别是输入滤波器的特性，然而很少有人对滤波器在空载或接近空载时的状况感兴趣。
毕竟ＵＰＳ及其电气系统在轻载状态下的电流谐波影响很小。
UPS与发电机组的配置问题探讨
UPS与发电机组的配置问题探讨发布时间：2021-06-16T11:12:06.147Z 来源：《建筑科技》2020年11月上作者：王璐[导读] UPS指的是一种含有储能装置的不间断电源，主要适用于给部分对电源稳定性要求较高的设备提供不间断的电源。
因此UPS在供电过程中和发电机组的可靠性和兼容性变得十分重要。
南京金城轨道交通设备有限公司王璐摘要：UPS指的是一种含有储能装置的不间断电源，主要适用于给部分对电源稳定性要求较高的设备提供不间断的电源。
因此UPS在供电过程中和发电机组的可靠性和兼容性变得十分重要。
本文主要探讨UPS与发电机组之间的适配和兼容问题，并为这些问题提供相应的解决方法，帮助UPS在现代社会得到大规模应用。
关键词：UPS；发电机组；配置随着信息化时代的到来，人们对移动式车载方舱的建设越发频繁。
移动式车载方舱电源的不稳定因素，需要保证保存数据的时间，有时还需要24小时不间断供电，因此在日常供电外还需要配备一定功率的UPS以备不时之需。
当前的UPS的供电时间通常保持在十五至三十分钟，对于部分移动式车载方舱而言是远远不够的，此外还需要配备发电机组为UPS提供额外电源[1]。
基于这种情况，就要求UPS和发电机组兼容且适配。
然而， UPS和发电机组依然存在诸多问题，这些问题的产生将不利于UPS为移动式车载方舱内的设备提供有效供电，也将阻碍UPS大规模应用于市场的发展前景。
1.UPS与发电机组的相关配置问题1.1UPS与发电机组之间的配合问题首先，UPS在使用之初，很多生产厂商和使用人员就发现UPS和发动机组存在不兼容和不适配的问题。
在实际使用中，UPS通电后的谐波电流会对电压器和电路产生严重干扰和伤害。
其次，将输入滤波器应用在UPS中能够有效解决UPS和发动机组的不兼容和不适配问题。
在实际应用中，输入滤波器一方面通过吸收UPS输入端的电流谐波为UPS提供安全保障，另一方面能有效提高UPS的输入功率因数。
柴油发电机组与UPS系统的匹配
柴油发电机组与UPS系统的匹配麦浪严华摘要本期探讨了用于长延时后备电源的柴油发电机组与UPS系统之间的配合问题，指出了工程设计中柴油发电机、UPS系统的选型要点，并根据发电机组、UPS的工作特性提出了UPS输入谐波的解决方案。
关键词柴油发电机 UPS 谐波滤波器?? 概述通信机楼常用柴油发电机组作为市电的备用电源，以提供足够的后备时间来应付市电停电。
在供电系统中采用该解决方案，可以避免通信电源系统通过使用庞大的电池组来获得较长的后备时间。
对于敏感型的或者关键性的负载（如数字技术设备）需要将UPS和发电机组系统地组合使用，以便提高供电系统的连续性、可靠性。
一般情况下，发电机的负载除了UPS系统外，还支持高频开关电源、照明、空调等不需要UPS支持的设备工作。
本文主要探讨UPS系统与柴油发电机组的匹配问题。
?? 两者配套使用时存在的问题UPS系统通过整流器/充电器从交流配电系统获得电力，对于前端的配电系统而言，UPS系统是一个会引起谐波失真的非线性负载。
发电机较高的内阻（比变压器高2～3倍）增加了谐波的副作用。
当柴油发电机与UPS配合使用时，容易出现不同程度的异常现象或者故障：1、对柴油发电机而言主要会产生以下问题：（1）电压振荡。
反馈的波动电压会造成发电机输出电压振荡范围达±10％～±20％。
当调整AVR达到最佳时，振荡仍大于2％。
（2）电流振荡。
在UPS负载稳定的情况下，发电机输出电流摆动范围仍达±20％～±50％，并且这种摆动无法调整。
（3）频率漂移。
频率振荡范围在±5％以内，但会导致UPS频繁切换，造成柴油发电机负载有规律的忽大忽小，从而使发电机的电压、工作噪声也有规律地忽大忽小，发电机组的震动加剧，加速了机械磨损，甚至机件损坏。
2、对UPS的影响：发电机的电压振荡对UPS的影响相对较小，值得特别关注的是频率漂移对UPS正常运行所产生的影响：（1） UPS不能旁路。
UPS与发电机的兼容性
0,4
0,4
0,3
0,3
0,3
0,2
0,2
0,2
0,1
0,1
0,1
0
1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0
x 100% 最大 容性无 功功率
A
B
C
x 100% 最大感 性无功 功率
公共电网
主交流输入 整流器/ 充电器 逆变器
docin/sundae_meng
发电 机组
后备电源
旁路交流输入 手动旁路
静态开关
负载
一、发电机组的应用
UPS与发电机组的兼容性 > 1）负载的阶跃变化
当电气系统连接到发电机组时，沉重的负载将在发电机组上形成较 大的冲击电流，严重时将引起发电机组的停止。
发电机组的亚瞬态电 抗X"d通常比变压器的 短路电压U’scx 高2~4 倍，因此UPS整流器 吸收的谐波电流THDI 可能会对上线母排的 总谐波电压失真度 THDU产生更大的影 响。
docin/sundae_meng
一、发电机组的应用
UPS与发电机的兼容性
> 5）发电机组频率的稳定性
发电机为UPS供电期间，其输出频率可能会发生波动，因为负载 的瞬间变化，不能使机械式调速器在瞬间完成调整，所以为UPS 供电的发电机必须具有电子调速器装置。
U ’scx 3 - 6% 12 – 20%
8%
由上表及上述举例可见，发电机与UPS配合的好坏或兼容性， 主要取决于发电机输出阻抗和UPS的输入电流失真度。
docin/sundae_meng
浅谈UPS电源与发电机组的兼容性
、 、
功率 与发 电机 组功率之 比至少 为１ ：（ ２ ～ ２ ． ５ ） ， 但仍不能 排除 发电机 组
不受ＵＰ Ｓ 影 响。
如 上图所示 ， Ｕ Ｐ Ｓ ｌ ｉ ｔ 市电中吸取 的能量不是连 续的正弦波 ， 而 是断 ４ ． ２ Ｕ Ｐ Ｓ 的选 择 。 ＵＰ Ｓ 整流 方 式 的不 同以及 对 频率 漂移 的适 应 性 续 的。 因此 ， 虽然输 入交流 电压是正 弦波 ， 但 输入交 流电流波 形却严重 都 是 选择 Ｕ Ｐ Ｓ 的重要 技术 依据 。 其中高 频Ｐ Ｗ Ｍ 整流技 术 的 “ 绿 色 环 畸变 ， ， 即通常所说的高频 Ｕ Ｐ Ｓ 。 ２ 。 １ Ｕ Ｐ Ｓ 产 生的谐波 电流对电网的危 害 高频 ＵＰ Ｓ 采 用的高频 Ｐ ＭＷ整流 电路和 传统 相控式 Ｕ Ｐ Ｓ 整流 电路 脉 冲状 的输入 电流 ， 含有大量 谐波 ， 造成 对 电网的 谐波污 染， 一方 最 大的不 同在于 ， 其 中输 入Ｐ ＭＷ 整流电路和输 出Ｓ Ｐ ＭＷ逆变 电路 均采
科
论
浅谈ＵＰ Ｓ 电源与发电机组的兼容性
付涛 中国民用航 空西北地区空中交通管理局 陕西西安
、
、
、
、
７ １ ０ ０ ０ ０ ， 一 ～ 、 、
【 摘 要ｌ现代航行 管制设备采用了 复杂的计算机监控 和安全保护 形畸 变 ， 反馈 的电压波 动 ， 造 成发 电机组 的输 出电压稳 定度差 ， 形成 震 系统 ， 其交流电源和供 电系统的可靠性 、 安全性要求增 高， 因此 “ 两路市电 荡。 ＋Ｕ Ｐ Ｓ ＋后备发电机 组” 的供 电形式广泛应 用空管系统 。本文． ， Ｉ ￣ Ｕ Ｐ Ｓ 产生的谐 （ ３ ） 电流震荡 ： 同样 由于 电流谐 波分 量， 造成 输入 电流 畸变 。 在ＵＰ Ｓ
UPS与备用发电机联合供电的容量匹配问题
UPS与备用发电机联合供电的容量匹配问题相关的检测数据表明:对于同一套UPS供电系统而言，不管它是工作在市电供电条件下、还是工作在发电机供电的条件下，它不仅具有几乎相同的CosΦ,输入功率因数PF, 输入谐波电流绝对值。
而且，还具有非常近似的输入电流谐波的频谱分佈曲线。
发电机电源的高内阻是造成UPS供电系统的输入电压失真度增大的主要原因, 它极易导致电力稳压器及发电机的自动调压系统发生”误动作”/”误调操作”。
为此，过去为UPS业界所经常釆用的技术措施是:利用增大发电机的输出功率同UPS的输出功率的容量比的办法來改善发电机的带载特性(其实质是通过增大发电机的容量的办法來降低发电机的内阻),从而导致投资成本增大。
通过适当地”错开”两台电力稳压器的”开机启动浪涌电流”的发生时间及适当地调低电力稳压器的稳压精度，就能用1台150KV A发电机來驱动由两台100KVA电力稳压器+80KV A “1+1”UPS并机系统所组成的UPS供电系统, 从而达到节约投资和运行成本的目的。
(1) 利用发电机电源來驱动80KV A”1+1”UPS并机系统时、所釆用的技术改进措施在民航的空管系统用的UPS供电系统中、为使得UPS并机系统能适应输入电网的电压波动范围大的应用条件，需要在备用发电机与UPS供电系统之间增配电力稳压器(见图1)。
对于这样的UPS供电系统而言，处于”串联工作状态”中的电力稳压器不会对它的输入谐波特性产生任何实质性的影响。
根据过去所获得的相关的现场测试数据、可以发现:电力稳压器与UPS 的输入电压和输入电流不仅具有非常相似的工作波形和基本相同的输入谐波特性参数(例如:CosΦ、功率因数PF、输入电流峰值比KF电流、输入电压的峰值比CF电压、输入电流谐波分量THDI和输入电压谐波分量THDV等参数)。
而且，它们的输入电流谐波分量的频谱分佈曲线也具有非常相似的变化规律。
根据前期的在市供电条件下对由110KV A发电机+两台100KV电力稳压器+两台6脉冲型80KV A”1+1”UPS冗余并机系统所获得的测试结果，可以推断出:能对发电机的安全运行造成”最大的潜在威胁”的祸根是来自由两台100KVA的电力稳压器所产生的单极性的”开机启动”浪涌电流,而不是来自由两台80KVA 6脉冲型UPS所产生的具有”缓启动爬升”调制特性的双极性的输入电流及其输入谐波电流。
柴油发电机组和UPS的选择关系
介绍
柴油发电机组和UPS的选择关系
版本编号：VO.08010-10
概述
1、网络数据中心、数据交换中心、金融结算中心、重 要系统调度中心等关键部门的设备都需要不间断的 电源供电，都需要配套UPS。
2、通常供电模式采用： 一路市电供电+柴油发电机组备用+UPS。
3、重要供电模式采用： 两路市电供电+柴油发电机组备用+UPS。
次 2、六脉冲系统产生谐波有：
5、7、11、13、17、19次。
3、 十二脉冲系统产生谐波有：
11、13次
** 谐波电流比例% (p.u) ： 1/3rd, 1/5th, 1/7th, 1/9th
**总谐波畸变=谐波电流方根总数 **对应的总的畸变谐波THD分别为：
45%---30%---14% **十二脉冲的UPS谐波危害最小
4
100% 33% 20% 14.30% 11.10% 9.10% 7.70% 6.75% 5.90% 5.30%
45%
6
100%
20% 14.30%
9.10% 7.70%
5.90% 5.30% 30%
12
100%
9.10% 7.70%
14%
N=kp±1 n =谐波秩序。 k =整数1、2、3、等等。 p =脉冲数。
电流谐波的构成
4、6、12 脉冲非线性负载产生的谐波类型及电流谐波
PULSE NUMBER 1ST HARMONIC
2ND 3RD 4TH 5th 6th 7th 8th 9th 10th 11th 12th 13th 14th 15th 16th 17th 18th 19th 20th TOTAL HARMONIC DISTORTION (THD)
柴油发电机与UPS配合不当所产生的问题
柴油发电机与UPS配合不当所产生的问题
由于供电及系统设计等因素，经常会有客户将柴油发电机与UPS配合使用，以满足更高的供电需求．但在实际应用中，经常会出现一些问题：
1.发电机组输出电压震荡，甚至高达+/-10%-20%，即使调整到最佳状态，输出的震荡依然会高于至少2%以上，对UPS的正常工作状态产生影响，最极端的情况是UPS无法转入市电状态运行，直接耗干电池能量.
2.电流震荡：即使在UPS所带非线性负载工作稳定的情况下，油机输出电流依然在+/-20%-50%的范围内震荡,且吃震荡无法调整.
3.频率震荡:频率震荡的范围通常小于电压及电流的震荡幅度，但它的影响更大，从而直接导致UPS在市电及电池供电状态间频繁切换．同时由于柴油机根据负载变换导致其自身的振动加剧，从而加速机械磨损，造成机件的提前老化甚至损坏.
通常为了保证UPS与柴油机的配合,考虑到UPS本身正常运行的需要，对柴油机的配比要求是UPS自身容量的6-8倍(对在线互动式UPS而言), 这样的配比却造成了柴油机本身所带负载过轻而产生的大马拉小车现象，长期燃油不充分导致积炭严重，汽缸磨损加剧，降低了柴油机工作的可靠性．。
UPSUPS与发电机的兼容性
500
750 F (Hz)
UccH5 < 2%
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二、发电机组与UPS的容量匹配
输出阻抗的举例
具有自由频率PWM 逆变器的UPS
一般电力 变压器
发电机 旋转式 UPS
UccH1=1%
UccH1=4%
UccH1=15%
Z=8m
Z = 32 m
Z = 120 m
Z = Ucc x U2 S
> THDU=15%，发电机容量 = 1.5 – 2.5倍UPS输出容量; > THDU=10%，发电机容量 = 3 – 5倍UPS输出容量; > THDU= 5%， 发电机容量 = 6 – 7倍UPS输出容量；否则必须
在UPS之前加装滤波器，以消除谐波影响，才能使得:
发电机容量 = 1.5 ～ 2.5倍 UPS额定输出容量 对于不同的负载，下表给出了所允许的THDU值
发电机为UPS供电期间，其输出频率可能会发生波动，因为负载 的瞬间变化，不能使机械式调速器在瞬间完成调整，所以为UPS 供电的发电机必须具有电子调速器装置。 发电机频率不稳定的现象可能会对线交互式UPS所带的负载产生 问题，因为发电机组的频率变化可能导致这种UPS多次切换到电 池供电（频率超限），然后再切换回发电机组，这样的重复现象 可能导致发电机与电池组交替供电的“振荡”现象（发电机在频率 设置点周围不能稳定）。 对双转换式UPS，输出电力由逆变器调节，从而避免了这种问题。
第16页/共23页
二、发电机组与UPS的容量匹配
UPS输入的THDI是影响发电机的原因
市电供电，UPS空载
发电机供电，UPS空载
THDI=22.4% THDU=5.82% PF=0.36 THDI=30.68% THDU=5.21% PF=0.33 第17页/共23页
柴油发电机组和UPS的匹配关系
3、 十二脉冲系统产生谐波有：
11、13次
** 谐波电流比例% (p.u) ： 1/3rd, 1/5th, 1/7th, 1/9th
**总谐波畸变=谐波电流方根总数 **对应的总的畸变谐波THD分别为：
45%---30%---14% **十二脉冲的UPS谐波危害最小
摇摆和声音起伏，严重会损坏发电机的励磁回路和AVR 4.UPS检测到过电压或过频率而自动关断整流器，由后备电池
组逆变向负载供电，反复出现油机+蓄电池逆变切换供电。
上述现象的原因都有哪些呢？下面介绍一下负载性质！
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负载的特性
1、负载的分类（根据负载的特性）： 1）线性负载 2）非线性负载。
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6脉冲UPS电流谐波的构成
6 脉冲非线性负载单个的电流谐波构成
谐波(第n个) 频率
In%
5^
250
20
7^
350
14
11^
550
9
13^
650
8
17^
850
6
19^
950
5
23^
1150
4
25^
1250
4
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3）线性负载根据电压和电流的相位关系又分为电阻性（如电阻、电炉 、 白帜灯等）、电感性（如感应电动机、变压器等）、电容性（如电容 器等）负载。
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浅谈UPS电源与发电机组的兼容性
浅谈UPS电源与发电机组的兼容性[摘要]现代航行管制设备采用了复杂的计算机监控和安全保护系统，其交流电源和供电系统的可靠性、安全性要求增高，因此“两路市电+UPS+后备发电机组”的供电形式广泛应用空管系统。
本文从UPS产生的谐波对电网及发电机组的危害和频率漂移对UPS和发电机组的危害等几方面综合进行论述谐波干扰和频率漂移带来的危害。
【关键词】UPS；发电机组；谐波危害；频率漂移1、谐波的产生与危害谐波的产生是由非线性负载所致。
当电流流经非线性负载时，与所加的电压不呈线性关系，就形成非正弦电流，从而产生谐波。
谐波的危害很大，由于谐波的频率较高，使导线的趋肤效应加重，因此铜损急剧增加；谐波还会影响表计的计量精度，使精密电子设备会被严重干扰，导致不能正常工作。
另外，接于电网中的设备损耗都会增加，温升增加。
最后，谐波会造成继电保护机构误动或拒动。
2、UPS产生的谐波对电网及发电机组的危害在空管系统中，计算机、服务器、雷达等设备对交流电源的要求最高，属于特别重要的一级负荷。
因此，大功率UPS得以大面积的广泛使用，但由于UPS 使用的整流器和逆变器等电子开关元件产生的谐波，使UPS本身成了一个大的电磁发射源，在为所保护的负载提供持续电能的同时，自身又会产生新的电磁干扰。
如上图所示，UPS由市电中吸取的能量不是连续的正弦波，而是断续的。
因此，虽然输入交流电压是正弦波，但输入交流电流波形却严重畸变，呈脉冲状，这样势必造成输入功率因数下降并污染电网。
2.1UPS产生的谐波电流对电网的危害脉冲状的输入电流，含有大量谐波，造成对电网的谐波污染，一方面产生“二次效应”，即电流流过线路阻抗造成谐波电压降，反过来使电网电压也发生畸变，将电网电压由正弦波畸变为非正弦波形；另一方面，会造成电路故障，使变压设备损坏。
线路和配电变压器过热；引起电网LC谐振；高次谐波电流流过电网的高压电容，使之过流、过热而爆炸。
2.2UPS产生的谐波电流对发电机组的危害⑴降低发电机组的带载能力：由于发电机组的输出电压畸变度大（波形失真大），而且额定输出功率有限，其内阻大的问题显得更加突出。
浅议雷达站发电机组与UPS的配合
浅议雷达站发电机组与UPS的配合广州海事局靳玉杰在VTS系统中，由于各个雷达站通常地处偏僻地区，为了保证雷达等设备能够得到不间断的电源供电，通常采用市电供电+备用柴油发电机组+UPS所组成的电源供电系统，市电或发电机组经UPS向设备供电。
在出现瞬间市电异常时由UPS逆变供电，此时将蓄电池的电能提供给UPS，发电机组不启动；如果经过数秒钟后电源仍然不能恢复正常，发电机组自动启动并向UPS供电，有的雷达站使用人工方式开启发电机组。
在使用中，由于UPS的重要部件整流/逆变器属于非线性负载，会向前端的电源反射大量高次谐波，其中以 5 次和 7 次谐波危害最严重，同时由于发电机组的内阻往往比电源变压器大，当发电机组的容量与UPS容量相近时往往出现以下异常现象：1、UPS反馈的波动电压会造成发电机输出电压振荡，范围达±10％～± 20％，很容易损坏UPS。
2、发电机组输出频率振荡范围在±10％以内，会导致 UPS由于检测到频率漂移过大而进入逆变状态。
3、UPS因检测到过电压或过频率而自动关断整流器，由后备电池组向负载放电或从旁路直接向负载供电。
4、发电机组的机械振动加剧，加速了机械磨损，甚至造成机件损坏。
在雷达站中，当柴油发电机组启动向负载供电时， UPS通常已经放电数秒，在人工启动发电机组的情况下UPS放电时间更长，这样当发电机供电时除给正常负载供电，还有蓄电池充电负载，使得发电机组负载加重，异常现象更加突出。
我局淇澳雷达站配置有一台梅兰日兰Galaxy 3000 10kVA三相UPS，同时配置有一台威尔逊LH14型14KVA 柴油发电机组，在市电停电后启动发电机组时经常出现UPS啸叫并自动切换到电池逆变状态，经检查为发电机组输出频率偏移超出UPS要求范围所致。
出现此类故障的原因主要有以下几个方面：1、发电机组的瞬态调压特性由于发电机组的内阻比市电电网大得多，其输出容量非常有限，当负载突变时，发电机组的电压瞬态变化很大而且所需的恢复时间较长。
发电机与UPS的匹配
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发电机带UPS效果的评估。 空载启动，超前电流引起的电压升高。 最大谐波负载引起的最大电压畸变。 谐波的分析和谐振的避免。不含5次7次谐波同时将11 次和13次谐波的吸收。避免了低次谐波谐振。 谐波引起的变压器发热。
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2019/4/12
AVR 电源 主定子
转轴
D.C 4极 主转子
+ 旋转二极管
A.Байду номын сангаас. 3 Phase
励磁机转子
转轴
A.O.
2019/4/12
3 相无刷自励发电机方框图
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典型的UPS和发电机组的连接
2019/4/12
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易出现的问题
发电机与UPS配套使用时易出现的问题： 电压振荡和电流振荡 （反馈的波动电压+/-10%—+/-20%） 发电机频率振荡（ +/-5%，负载变化引起） UPS不能正常工作 （主要是频率影响到UPS不能旁路，频率漂移可以导致可控硅 整流器的驱动与输入不同部而造成整流器关闭，电池放电。） 6脉冲整流器加5次谐波滤波器滤波器对发电机可以小负载下出 现功率因数超前。可能造成发电机保护关机。 （在高压输配电中存在） UPS引起的发电机电压波形畸变。 （严重的畸变可能影响到UPS同步和造成其它设备故障）
2019/4/12
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发电机组的选择
功率大小对发电机影响。 （30%以下负载除了不经济外，燃油常不能充分燃烧，造成活塞环 和喷油嘴积炭严重，汽缸磨损加剧，使发电机性能下降，排气冒 黑烟。出油烟。考虑UPS功率要考虑整流器引起的输入电流失真电 流造成的电压失真。电池充电需要的功率。一般2倍UPS功率） 负载特性对发电机影响。 （容性负载-超前90度电流，阻性负载，偏感性负载-致后90度电 流，非线性谐波波负载） 带非线性负载两冲程发电机组带载优与于四冲程发电机组。 现代同步发电机励磁工作方式的不同对负载的影响也不同。
UPS应用案例：发电机与UPS匹配联合供电案例
UPS应用案例：发电机与UPS匹配联合供电案例UPS应用案例:发电机与UPS匹配联合供电案例 1 案情介绍在UPS中输入滤波器对于减小电流谐波及提高满载情况下的功率因数有好的效果，但是在空载和小载情况下会衍生出一个电容性超前的极低的功率因数。
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出现明显的功率因数降低。
UPS空载时的工作参数特别是输入功率因数，对于UPS与发电机的兼容性相当重要。
用户使用雅马哈10kVA的三相发电机，使用的A UPS模块数为3个，总容量为12kVA。
因为UPS输入滤波器的设计考虑了UPS固有的和在满载情况下的最大可能的全部谐波畸变的百分比，对于UPS和发电机配合使用时，发电机的容量应为UPS 容量的1(5,3倍。
所以用户的发电机容量和AUPS的配置不合理。
考虑到用户的负载很小，约为2kVA，现场发现将滤波电容减小后单模块开机时，BUS电压在旁路状态下可以达到410V之高，且有上升趋势。
用户现场的测试相关波形如图l和图2所示。
从图1可知，未接入UPS时发电机的输出波形比较光滑，输出电压的RMS值和峰值均在正常范围内。
从图2可以看出，在接入UPS的瞬间，发电机的输出电压马上被抬高，其中R相电压的峰值约为600V，S相电压峰值略有增大。
但此时R、S、T三相电压的RMS值均超过240V。
三相的电压峰值全部变大，此时输入电压的峰值达到了425V左右，相应的UPS的BUS电压值此时超过410V，为确保机器不被损坏，马上关机。
2 故障分析通过上述几个波形可以看出，UPS模块的插入使得发电机的输出电压被抬高，下面简述一下发电机电压被抬高的原因。
发电机依靠电压调节器控制输出电压。
电压调节器检测出三相输出电压，以其平均值与要求的电压值比较。
调节器从发电机内部的辅助电源取得能量，通常是与主发电机同轴的小发电机，传送DC电源给发电机转子的磁场激励线圈。
线圈电流上升或下降，控制发电机定子线圈的旋转磁场或称为电动势EMF的大小。
UPS系统和柴油发电机组接口问题探讨s
UPS系统和柴油发电机组接口问题探讨摘要：UPS是为关键负载提供交流不间断电源的设备。
本文对UPS与柴油发电机组不兼容问题的原因从原理上进行了详细的分析，并提出了相应的对策和建议。
关键词：UPS 柴油发电机组接口问题探讨1、概述UPS是为关键负载提供交流不间断电源的设备。
市电正常时，UPS从市电获得能源，经过适当的电力变换和调节（最典型的是整流/逆变双变换），消除市电线路的各种干扰，从而为负载提供稳定可靠的交流电源。
市电停电时，UPS利用内部蓄电池的储能，经逆变器不间断地供给负载稳定可靠的交流电源。
但蓄电池的储能一般只能供电10~30 min。
对于市电长时间停电，虽然可以采用大容量蓄电池．但保护时间仍然是有限的，而且大容量蓄电池是十分昂贵的。
目前国内外普遍认为，大、中功率的UPS系统采用大容量蓄电池并不是经济合理的方法，只有在非常特殊的情况下才推荐采用大容量蓄电池。
因此，市电长时间停电时，一般需要由备用柴油发电机为UPS提供交流输入电源。
然而，许多现场的运行经验表明，UPS和备用柴油发电机两者一起运行时存在一些不兼容的问题。
当采用较小功率的柴油发电机、UPS是柴油发电机的惟一负载或者最大负载的时候，就可能会出现不同程度的异常现象或故障。
例如，柴油发电机给UPS供电时，出现输出电压、频率不稳；输出电压严重失真，UPS在由柴油发电机供电时不能与柴油发电机的输出电压同步；UPS的关键负载不能转换至由旁路电源供电等。
这些接口问题发生后，往往不易找出原因和解决办法。
为此．有必要了解柴油发电机的工作与UPS输人技术指标的关系，然后有针对性地采取措施。
目前，应用的UPS主要有备用UPS、线交互UPS、双变换UPS等3种类型，外加一种20世纪90年代出现的Delta变换UPS。
其中，与柴油发电机组不兼容问题最突出的是双变换UPS。
备用UPS、线交互UPS和Delta变换UPS与柴油发电机组不兼容问题比较简单，在应用中并不是十分突出。
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UPS系统与发电机组的兼容性北京诚高科技发展有限公司踪声随着Internet的发展，数据中心对大功率UPS和发电机的需求迅猛增长，由此也产生了一些新问题。
本文就UPS输入端功率因数和输入滤波器对发电机的影响，进行理论分析和实际案例的说明，以阐明问题产生的原因，进而找出解决的方法。
１发电机组和UPS之间的配合问题不间断电源系统的制造商和用户很早就已经注意到发电机组和UPS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、UPS的同步电路产生的不良影响非常明显。
因此，UPS系统工程师们设计了输入滤波器并把其应用到UPS中，成功地在UPS应用中控制了电流谐波。
这些滤波器对UPS与发电机组的兼容性起到了关键作用。
事实上所有的输入滤波器都使用电容器和电感来吸收UPS输入端最具破坏性的电流谐波。
输入滤波器的设计考虑了UPS电路固有的和在满载情况下的最大可能的全部谐波畸变的百分比。
大多数滤波器的另一个益处是提高带载UPS的输入功率因数。
然而输入滤波器的应用带来的另一个后果是使UPS整体效率降低。
绝大多数滤波器消耗１％左右的UPS功率。
输入滤波器的设计一直在有利和不利因素之间寻求平衡。
为了尽可能提高UPS系统的效率，近期UPS工程师在输入滤波器的功耗方面做了改进。
滤波器效率的提高，从很大程度上取决于将IGBT（绝缘门级晶体管）技术应用到UPS设计中。
IGBT逆变器的高效率导致了对UPS的重新设计。
输入滤波器可以吸收某些电流谐波，同时吸收很小一部分有功功率。
总之，滤波器中感性因素对容性因素的比率降低了，UPS的体积变小了，效率提高了。
在UPS领域的事情好像得以解决了，然而新问题��与发电机的兼容性又出现了，替代了老问题。
２功率因数的问题通常，人们把注意力放在UPS满载或接近满载情况下的工作状态。
绝大多数工程师都能表述满载情况下的UPS工作特性，特别是输入滤波器的特性，然而很少有人对滤波器在空载或接近空载时的状况感兴趣。
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UPS与发电机的兼容性相当重要。
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有了较好的效果。
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。
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导致明显的功率因数降低。
尽管如此，输入功率因数却很少会低于30％，有些新的系统甚至已达到空载功率因数低于2％，接近于理想的容性负载。
这种情况不影响UPS输出和关键负载，市电变压器和输配电系统也不受影响。
但发电机就不同了，有经验的发电机工程师知道：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，典型的低于15％～20％容性时，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应急发电机系统带动UPS系统负载将造成灾难性事故。
由于下述两种原因停机给关键负载带来危险：第一，发电机需要手动重启，并且必须在UPS电池放电结束前；第二，在停机前发电机可能引起系统的“过压”，它可能损坏电话设备、火警系统、监控网络甚至UPS模块。
更糟糕的是，在事故发生后，很难区分责任，找出问题所在并予以纠正。
UPS厂商说UPS系统测试完好，并指出其它地方相同的设备没有发生类似问题。
发电机厂商说是负载的问题，无法调整发电机来解决问题。
同时，用户工程师则说明他的规格要求，希望两个厂商相互兼容。
要了解为何会发生事故及如何避免（或如何在关键应用中找出解决方案），首先需要了解发电机与负载的工作关系。
２.1 发电机与负载发电机依靠电压调节器控制输出电压。
电压调节器检测三相输出电压，以其平均值与要求的电压值相比较。
调节器从发电机内部的辅助电源取得能量，通常是与主发电机同轴的小发电机，传送ＤC电源给发电机转子的磁场激励线圈。
线圈电流上升或下降，控制发电机定子线圈的旋转磁场或称为电动势EＭＦ的大小。
定子线圈的磁通量决定发电机的输出电压。
发电机定子线圈的内阻以Z表示，包括感性和阻性部分；由转子励磁线圈控制的发电机电动势用交流电压源以E表示。
假设负载是纯感性的，在向量图中电流I滞后电压U正好90°电相位角。
如果负载是纯阻性的，U和I的矢量将重合或同相。
实际上多数负载介于纯阻性和纯感性之间。
电流通过定子线圈引起的电压降用电压矢量I×Z表示。
它实际上是两个较小的电压矢量之和，与I同相的电阻压降和超前90°的电感压降。
在本例中，它恰好与U同相。
因为电动势必须等于发电机内阻的电压降和输出电压之和，即矢量E＝U和I×Z的矢量和。
电压调节器改变E可以有效地控制电压U。
现在考虑用纯容性负载代替纯感性负载时，发电机的内部情况会发生什么变化。
这时的电流和感性负载时正好相反。
电流I现在超前电压矢量U，内阻电压降矢量I×Z，也正好反相。
则U和I×Z的矢量和小于U。
由于和感性负载时相同的电动势E在容性负载时产生了较高的发电机输出电压Ｕ，所以电压调节器必须明显地减小旋转磁场。
实际上，电压调节器可能没有足够的范围来完全调节输出电压。
所有发电机的转子在一个方向连续励磁含有永久磁场，即使电压调节器全关，转子仍有足够的磁场对电容负载充电并产生电压，这种现象称为“自激”。
自激的结果是过压或者是电压调节器关机，发电机的监控系统则认为是电压调节器故障（即“失励”）。
这任一种情况都会引起发电机停机。
发电机输出端所接的负载，可能是独立的，也可能是并联的，决定于自动切换柜工作的定时和设置。
在某些应用中，停电时UPS系统是发电机接入的第一个负载。
在其它情况下，UPS和机械负载同时接入。
机械负载通常有启动接触器，停电后重新闭合需要一定时间，补偿UPS输入滤波电容器的感性电动机负载要有延时。
UPS本身有一段时间称为“软启动”周期，将负载从电池转向发电机，使其输入功率因数提高。
然而，UPS的输入滤波器并不参与软启动过程，他们连接在UPS的输入端是UPS的一部分，因此，在某些情况下，停电时首先接到发电机输出端的主要负载是UPS的输入滤波器，它们是高容性的（有时是纯容性的）。
解决这一问题的方法很明显要用功率因数校正。
这有多种方法可以实现，大致如下：安装自动切换柜，使电动机负载先于UPS接入。
某些切换柜可能不能实现这种方法。
另外，在维护时，工厂工程师可能需要单独调试UPS和发电机。
增加一个永久性反应电抗来补偿容性负载，通常使用并联缠绕电抗器，接在E-G或发电机输出并联板上。
这是很容易实现的，而且成本较低。
但是无论在高负载还是在低负载的情况下，电抗器总是在吸收电流并影响负载功率因数。
而且不论UPS的数量多少，电抗器的数量总是固定的。
在每一台UPS中加装感性电抗器，正好补偿UPS的容抗。
在低负载情况下由接触器（选件）控制电抗器的投入。
此方法电抗器较精确，但数量较大且安装和控制的成本高。
在滤波电容前安装接触器，在低负载时断开。
由于接触器的时间必须精确，控制比较复杂，只能在工厂安装。
哪一种方法是最佳的，要根据现场的情况和设备的性能来确定。
３典型案例以下是一个UPS和发电机兼容性问题的案例，一个在线服务供应商的新建数据中心在调试运行时发生的。
它表明厂商、工程师和用户如何发现并解决问题的。
现场装有3套MGE UPS 3000kVA系统，每一套由4台75 kVA IGBT调宽调频模块组成，可扩展到6台。
模块的设计负载率是65％，UPS模块配有输入隔离变压器和最大5％输入电流谐波滤波器。
所有的模块分别连到两组发电机并联总线，每组总线有3台1600 kW的发电机，可以扩展到6台。
每台发电机都配有电子调压器。
每条并联总线的电源转换计划是，在第一批负载接入前，等待两台发电机并联。
第一批负载包含每套系统中的一台UPS和部分空调负载。
随着后续发电机的并入，与第一批相同的负载随后加入。
在故障模式测试中操作员发现，带第一批负载的两台发电机中有一台故障时，另一台将出现过压报警并于2s后关机。
但是第一批负载远低于一台发电机的容量，因为此时UPS的负载很轻。
随即安排了进一步的测试，以确定UPS对单台发电机的影响。
因为首先怀疑的是UPS的输入环节对调压器的干扰，因此测试的UPS不带负载，或UPS的逆变器关闭。
测试装置包括直流电压和电流表，直接监测场激励线圈，因为这些参数由调压器控制，可以立即反映出调压器的动作。
同时用发电机本身的仪表监测负载的功率（Ｗ）、电流电压（VA）、乏（var）。
首先用纯阻性负载进行测试以建立基准。
它表明随着负载增加励磁电流和电压上升，如我们所预期。
较大的负载电流在发电机内阻Z上产生较大的压降I×Z，必须克服它以保持输出电压U稳定。
接着测试UPS对发电机的影响，每次增加一台。
UPS不带负载，观察UPS整流器软启动过程。
测试结果很明显调压器的动作和纯阻性负载时相反。
接入两台UPS后，调压器已接近允许范围的边缘，再加一台使得发电机2s后进入过载状态。
请注意单台750kVA UPS对应的负载值。
它造成发电机关机实质上却没有真实负载，每台UPS接近230kvar的容抗使得功率因数为０。
由工程师、业主、承包商、供货商和厂商组成的项目小组，在考虑了所有的可能性后，选择了在每个容性负载上安装反应电抗器的方案。
根据前面测试的数据，厂商为每台UPS设计了200kvar并联电抗器，并由接触器控制，承包商在现场将其与UPS的输入滤波器并联安装，工程师设计了外部控制电路，它测发电机的负载，仅当UPS由发电机供电且发电机的总kW负载低于一个（可调）设定值时，才允许电抗器接入。
项目小组用修改后的UPS接入一台发电机重新测试。
这时电容的影响依然存在，电抗器只能平衡部分而不是全部电容。
因此，随着UPS的增加，励磁电流慢慢减少，然而这并不会造成问题。
因为６台UPS已超出一台发电机的容量，而调压器依然正常并控制着输出电压。
2.2 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，如串联共振。
当发电机的感抗的欧姆值和输入滤波器容抗的欧姆值相互拉近，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额定值。
新近设计的UPS系统实质上为100％的电容性输入阻抗。
一台500kVA 的UPS可能有150kvar的电容和接近于0的功率因数。
并联电感、串联扼流圈和输入隔离变压器是UPS的常规部件，这些部件都是感性的。
事实上他们和滤波器的电容一起使UPS总体表现为容性，可能在UPS内部已经存在一些振荡。
加上连到UPS的输电线的电容特性，整个系统的复杂性大为提高，超出了一般工程师所能分析的范围。