UPS电源和柴油发电机组的匹配问题探析

摘要：柴油发电机组与UPS电源系统具有良好的安全性和可靠性，被广泛应用于石油平台、供电等多个领域。UPS电源系统对柴油发电机组的自动化水平要求高，且要求柴油发电机组需适应UPS非线性负载等特性。本文对UPS电源和柴油发电机组的匹配问题进行了阐述，发现UPS电源和柴油发电机组在匹配过程中大多会存在频率漂移、UPS谐波和电压振荡等问题，容易发生机件损坏，致使UPS无法正常运转。随后，对UPS电源和柴油发电机組的匹配解决方案展开了探讨。

关键词：UPS;柴油发电机;匹配

近些年，柴油发电机组与UPS组成的电源系统在市区供电方面发挥了重要作用。在市区供电发生停电时，柴油发电机组启动需要耗费一些时间，难以在极短时间内实现供电，而UPS虽然可以不间断地供电，但是供电时间相对较短。一些技术人员巧妙地将柴油发电机组与UPS系统进行配套，在长延时配置的基础上，另增加外置充电器，日常运行过程中检修蓄电池组，以保证设备供电的连续性。因此，本文在研究UPS电源和柴油发电机组匹配问题的基础上，将着重对该问题的解决方案进行探究。

一、UPS电源和柴油发电机组的匹配问题

（一）频率漂移

UPS电源系统和柴油发电机组的匹配过程中，柴油发电机较易发生频率振荡问题。大多数情况下，柴油发电机组的频率振荡范围比电流、电压的振荡范围小，普遍保持在±5%以内，然而容易造成较大影响，致使UPS电源系统时常处于频繁工作状态。此外，由于柴油发动机组的负载具有规律，时而忽大，时而忽小，影响其他机件的工作状态，且柴油发动机组在工作时产生噪声也深受影响。如若柴油发电机组的振动加剧，机械也会加剧磨损，出现机件损坏的情况，致使UPS电源系统无法正常工作。

（二）UPS谐波

柴油发电机组的输入电压波形畸变通常是由于UPS电源系统产生的电流谐波出现分量“倒流”的情况，从而柴油发电机组输出电压的稳定性变差，形成震荡，同时导致柴油发电机组的输出电流产生大范围摆动，且由于该摆动无法调整， UPS电源系统受到损坏[1]。此外，UPS电源系统由于检测到柴油发电机组过电压或过频率情况，会自动关断整流器，由后备电池组向负载供电。如此一来，UPS电源系统处于频繁工作状态，易造成电池产生放电循环，从而缩短了UPS电源系统电池寿命，甚至会出现电池电量消耗殆尽情况，致使输出产生中断。若频率变换超出预先设定的极限值时，逆变器频率变化与旁路电源的频率变化无法衔接上，旁路静态开关将禁止切换到旁路，容易造成UPS电源系统出现损坏。

（三）电压振荡

UPS电源系统反馈的波动电压会造成柴油发电机组的输出电压振荡范围达±10%至20%，当调整AVR使其达到最佳时，振荡依旧大于2%。在UPS电源系统负载仍旧保持稳定的条件下，发电机输出电流摆动范围达到±20%至50%，且该摆动无法进行调整。柴油发电机组一般采用自动电压调节器对输出电压进行调节， 若为自激式同步交流发电机，电枢绕组给AVR提供功率源及信号源，如果发电机带UPS电源系统负载，因发电机输出电压波形失真，AVR会错误地将激磁电流断开，进行补偿，从而使输出电压升高[2]。随机AVR基于已经升高的电压对激磁电流进行控制，从而输出电压出现下降，产生输出电压高低振荡情况。AVR有同步输入动力电的功能，柴油发电机输出电压波形严重失真时，UPS电源系统检测电路会对交流输入电源质量进行判定，结果为不合格或故障，就会迫使UPS电源系统向蓄电池逆变给负载供电，直至蓄电池的储能耗尽，最后致使UPS电源系统关机。

二、UPS电源和柴油发电机组的匹配解决方案

（一）校正有源功率因数

对UPS输入端的功率因数进行校正是UPS电源系统和柴油发电机组的匹配解决方法之一。首先，使UPS电源系统近乎于一个线性负载，对柴油发电机组产生较小的谐波电流。功率因数校正主要分为无源校正和有源校正两种，大多数情况下有源功率因数校正是在整流器后面接一个升压型变换器。其次，在校正后，输入电流近乎于一个正弦波，谐波电流可减小到5%以内，功率因数可达到0.99。然而这种方法因多用了一级变换器，致使UPS电源系统的可靠性得到降低，更加适用于大功率UPS电源系统。

（二）消除UPS谐波

解决UPS电源系统谐波问题，主要有两个方式，一是消除谐波，即使用滤波器或者有源谐波调节器对UPS电源系统的谐波进行全面消除。二是允许UPS电源系统谐波的存在。在实际情况中，如果UPS功率相比柴油发电机组的功率较小，在功率比为1∶2或1∶5时，可不采用滤波措施对UPS电源系统产生的谐波进行消除。当UPS电源系统和柴油发电机组的额定功率比为1∶2.5，UPS电源系统产生的谐波在柴油发电机组的合理范围。

（三）合理选择发电机组

柴油发电机组相比UPS电源系统而言，容量越大，柴油发电机组的输出电压失真就会越小，因此通常选择的柴油发电机组输出功率是UPS容量的2倍以上。只有柴油发电机组的输出电压失真减少到10%至15%，才能保证柴油发电机组和UPS电源系统可以正常运行[3]。柴油发电机组的负载率应在60%以上，这样较为合理。柴油发电机组的励磁方式大多以无刷永磁式、刷自励式为主。无刷永磁式发电机组的AVR信号源在通常情况下来自发电机的电枢绕组，功率来源于PMG的电枢绕组，与同步交流发电机电枢绕组的电势波波形畸变没有关系，因此发电机组带非线性负载的能力可以得到有效提高，抗无线电干扰能力更强，可保证柴油发电机的正常工作。

结语

综上所述，通过校正有源功率因数、利用滤波器等消除UPS电源谐波，以及根据柴油发电机组输出功率大小和励磁方式情况合理选择柴油发电机组，可以有效解决UPS电源和柴油发电机组的匹配问题。

参考文献：

[1]朱继安，刘义. 柴油发电机组并联运行功率振荡原因探讨[J]. 移动电源与车辆，2021，52（02）：31-34+30.

[2]翟晓满，王慈，李嘉. 某工程SBO电源柴油发电机组设计优化方案[J]. 中国科技信息，2021，（12）：65-66.

[3]宋迪. 民航空管系统UPS电源和发电机组匹配问题研究与应用[J]. 电子世界，2019，（19）：139-140.

作者简介：陈峰（1971-08），女，汉族，浙江绍兴人，学历：本科，职称：工程师，研究方向：通信电源