柴油发电机组和UPS的匹配关系

6
100%
12
100%
20% 14.30%
N=kp±1 n =谐波秩序。 k =整数1、2、3、等等。 p =脉冲数。
9.10% 7.70%
9.10% 7.70%
5.90% 5.30%
30%
14%
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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) 5^ 7^ 11^ 13^ 17^ 19^ 23^ 25^ 频率 250 350 550 650 850 950 1150 1250 In% 20 14 9 8 6 5 4 4
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谐波的类型及分析
谐波与电压畸变是关联，下面了解一下电流谐波振幅的个体值
1、总谐波畸变： THD% = 100 • SQRT(Σ Un²/U²) ---Un 指第n个 电压谐波的均方根振幅； ---U 指第一个电压谐波的均方根振幅。 2、对于3相发电机，如果没有分配零线，需要考虑3次谐波的倍数 （多重3次谐波）。于是，前面的公式变为： THD% = 100 • SQRT ((U5²+U7²+U11²+ … Un²)/U²)
4、6、12 脉冲非线性负载产生的谐波类型及电流谐波
PULSE NUMBER 4 1ST HARMONIC 100% 2ND 3RD 33% 4TH 5th 20% 6th 7th 14.30% 8th 9th 11.10% 10th 11th 9.10% 12th 13th 7.70% 14th 15th 6.75% 16th 17th 5.90% 18th 19th 5.30% 20th TOTAL HARMONIC DISTORTION (THD) 45%
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发电机组和UPS之间的配合问题
主要是由于整流器产生的电流谐波对供电系统产生的不良影响： 1、对发电机组的电压调节器的影响 2、对UPS的同步电路的影响
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发电机组和UPS不匹配易出现的现象
1.发电机组的输出电压突然增高到440V以上，造成UPS损坏。 2.发电机组输出频率到50～60Hz，致使UPS保护动作。 3.发电机组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。
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移动通讯机房负载的特点
移动局房的负荷中常见非线性负载的类型： （1） 软起动器（可控硅电动机启动器）； （2） 高频开关电源、交流不间断电源（UPS）； （3） 变频控制的电动机、电梯、泵等制造过程控制 （4） 电子数据图象设备、无线电发射设备，可控灯光设备； （5） 电信通信设备； （6） 荧光灯等
I C
E0B Ff1 ( B0 ) Fa ( Ba ) 0
d轴
I
(b) 时间相量图 (a)空间矢量图 0 90，直轴增磁电枢反应
请取A相电流达最大值的时刻绘图
(c) 时空矢量图
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功率因素问题要素
(4)、一般情况下的电枢反应 一个锐角 (0°＜ψ ＜90°) 滞后激磁电动势 E 电枢电流I 0 0
6
100%
12
100%
图表中可以看到：
1、四脉冲系统产生谐波有： 3、5、7、9、11、 13、15、17、19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
20% 14.30%
9.10% 7.70%
9.10% 7.70%
5.90% 5.30%
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UPS非线性负载的特性
1、UPS的主要部件之一是整流滤波器件，属于非线性负载。 2、UPS作为机组的负载，即要为终端设备供电，也要为电池 进行充电。 3、非线性负载会对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， **非线性负载较大而发电机组容量又较小时这种危害更明显
标么值 kVAR
输出 (滞后-感性)
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功率因素问题要素
1、发动机功率线 2、发电机功率线 3、功率因素曲线 4、运行标定曲线
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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。
请取A相电流达最大值的时刻绘图
(c) 时空矢量图
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功率因素问题要素
90°时 (ψ =－90°) 超前激磁电动势E (3)、电枢电流 I 0 0
q轴 A轴 时轴
E 0A
q轴 A轴 时轴
Y
d轴 A Ff1 Fa
B轴
N S
C
X B
I A
E 0C
E 0
I B
Z
ns
C轴
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6脉冲UPS电流谐波含量
1、通过方程式 X”d% = (100 • THD%)/ SQRT ((5 • I5%)²+(7 • I7%)²+……+(n • In%)²) 可以计算出的X“d(直轴次瞬变电抗)值。 2、X“d值用来适应THD电压畸变要求(数据可在发电机数据表中查到）。 3、当直轴次瞬变电抗值计算出来后，可知道负载的电流谐波含量。
0.3
0.3
同步Βιβλιοθήκη Baidu抗 Xd = 3.0, (300%)
0.3
0.2 0.2 0.1 0.1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 1.0 0.9 0 1.0
0.2 0.2 0.1 0.1 0
输入(超前-容性)
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谐波与发电机参数的关系
谐波产生的压降取决于“直轴次瞬变电抗(X"d)
1、直轴次瞬变电抗(X“d)是发电机的一个重要参数 2、Un = X”d • n • In Un% = (X”d%/100) • n • In% 3、如果知道电流谐波的相对振幅，则可很容易计算电压谐波的组 分/组件。这些变流器中的振幅是变换结构/组合的一种功能。 4、如果THD是规定好的，可以从给出的电流谐波的内容/含量计算 出需要的X“d。 ****典型设备的可接受的水平电压畸变数据： UPS Systems 10% Inverter Drives 15% Soft starters 20% Rectifiers 20%
30%
14%
** 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
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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
q轴 A轴 时轴
Ba Fa
Y
d轴 A Ff1 B0
B轴
N S
C
E 0A
q轴 A轴 时轴
I A
E 0
F Ba a
Fad
X B
I C
0
I B
Z
ns
d轴
C轴 E0C
Faq
E 0B
Ff1 B0 0
I
(a) 空间矢量图
(b) 时间相量图
2）常见的线性负载有加热器、白炽照明灯、变压器、直接启动或传统降 压启动方式的电动机等。 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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线性负载的特性
1、 非线性负载：
1）电压和电流之间是非线性关系的负载，存在基波（50或60 Hz）和 谐波(3 次、 5次,、7次、11次等奇次谐波)存在不同的幅值和相位畸变 波形。如后附图。 2）在负载投入、运行过程中，电压、电流的关系是经常变化的，其 波形也不是我们常说的正弦交流波，而是含有不光滑的畸变成分，根 据数学的方法可分解为基波和一系列的高次谐波，主要是3次、5次、 7次、11次等奇次谐波
q轴 A轴 时轴
X B
E 0C
B
I B
Fa Ba
E 0
Z
ns
I C
C轴
Im 2
d轴 E0B Ff1 B0 0
I
(a) 空间矢量图
(b) 时间相量图
(c) 时空矢量图
0 0，交轴电枢反应
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功率因素问题要素
90°时 (ψ =90°) 滞后激磁电动势 E (2)、电枢电流I 0 0
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谐波与发电机参数的关系
直轴次瞬变电抗(X“d)是发电机的一个重要参数，不同的电压等级 其值是不同的。下表为斯坦福UCI274F发电机的数据:
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发电机组与UPS的匹配选择
由于发电机组和UPS两者间的配合存在上述问题，解决上述问题的需要从 两个方面进行： 1、正确选择发电机的机组功率和励磁工作方式，不同的 励磁方式和适当 匹配功率等有助于问题的最小化； 2、选择更能适合发电机组特性的UPS。
PULSE NUMBER 4 1ST HARMONIC 100% 2ND 3RD 33% 4TH 5th 20% 6th 7th 14.30% 8th 9th 11.10% 10th 11th 9.10% 12th 13th 7.70% 14th 15th 6.75% 16th 17th 5.90% 18th 19th 5.30% 20th TOTAL HARMONIC DISTORTION (THD) 45%
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柴油发电机组与UPS的匹配
介 绍
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功率因素问题要素
取主极轴线超前A相轴线90°的时刻绘图 同相时 (ψ =0°) 与激磁电动势 E (1)、电枢电流 I 0 0
q轴 A轴
Y
d轴 A Ff1 B0 B轴
N
Fa Ba
C
S
设电流尾进 首出为正， 时轴 紫色为流入 蓝色为流出 E 0A 设转子 顺时针旋转 I m IA
q轴 A轴 时轴
E 0A
q轴 A轴 时轴
Y
d轴 A Ff1 B0
B轴
N S
C
Ba Fa
E 0
I C
X
I A
E 0C
Z
ns
B
C轴
I B
E0B Ff1 B0 0
d轴
Ba Fa I


(b) 时间相量图 (a) 空间矢量图 0 90，直轴去磁电枢反应
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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线性负载的特性
1、 线性负载：
1）电压和电流之间是线性关系的负载， 如果发电机的电压是正弦波，通 过负载的电流也是正弦波，如图所示。
电压
Voltage
电流
Current
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线性负载的特性
图一
电流
三次谐波
3rd harmonic
电压
正常电压
电压波形畸变
发电机采取相应措施后的
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线性负载的特性
图二
电流
5和7次谐波
电压
正常的电压
变速器、变频器、不间断电源
畸变的电压波形会对其它负载产生干扰，并使发电机温升升高 发电机采取相应措施后的
接近于正常波形
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电流谐波的构成
(c) 时空矢量图
0 0 90，兼有交轴和直轴去磁电枢反应
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功率因素问题要素
(1)电枢反应的性质与激磁电动势 和电枢电流 的夹角ψ 0(即内功率因数角)有关。 (2)电枢反应的性质有交磁、去磁、增磁三种。 (3)交轴电枢反应是实现机电能量转换的关键， 因为只有交轴电枢反应才产生制动性质的电磁转矩， 原动机必须克服制动电磁转矩做功，从而将机械能 转变成电能。
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功率因素问题要素
ψ 0＝0°、90°和－90°时电枢反应的性质、作用和对电机功率传递的影响？
(1)ψ 0＝0°时，为交轴电枢反应，作用是使气隙磁场轴线从 空载时的直轴处逆转向后移了一个锐角，主磁场超前气隙磁 场，主极上受到制动性质的电磁转矩，使发电机转速降低， 影响发电机有功功率的输出。 (2)ψ 0＝90°时，为直轴去磁电枢反应，作用是使气隙磁场 削弱，发电机端电压下降，影响发电机无功功率的输出。 (3)ψ 0＝-90°时，为直轴增磁电枢反应，作用是使气隙磁场 增强，发电机端电压上升，影响发电机无功功率的输出。
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功率因素问题要素
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功率因素问题要素
PQ图
a
a
Logo
功率因素问题要素
PQ图
Logo
功率因素问题要素
功率因素 0.8 标么值 0.7 kW 1.0 0.6 0.9 0.8 0.5 0.7 0.6 0.4 0.5 0.4 极距滑动不稳定 安全运行区域 转子损害 发动机过载 0.9 0.95 1.00 定子损害 1.0 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.4 0.3 0.5 0.6 0.95 0.9 0.8 标么值 kW 0.7