UPS電源和柴油發電機組的匹配問題探析

摘要：柴油發電機組與UPS電源系統具有良好的安全性和可靠性，被廣泛應用于石油平臺、供電等多個領域。UPS電源系統對柴油發電機組的自動化水平要求高，且要求柴油發電機組需適應UPS非線性負載等特性。本文對UPS電源和柴油發電機組的匹配問題進行了闡述，發現UPS電源和柴油發電機組在匹配過程中大多會存在頻率漂移、UPS諧波和電壓振蕩等問題，容易發生機件損壞，致使UPS無法正常運轉。隨后，對UPS電源和柴油發電機組的匹配解決方案展開了探討。

關鍵詞：UPS;柴油發電機;匹配

近些年，柴油發電機組與UPS組成的電源系統在市區供電方面發揮了重要作用。在市區供電發生停電時，柴油發電機組啟動需要耗費一些時間，難以在極短時間內實現供電，而UPS雖然可以不間斷地供電，但是供電時間相對較短。一些技術人員巧妙地將柴油發電機組與UPS系統進行配套，在長延時配置的基礎上，另增加外置充電器，日常運行過程中檢修蓄電池組，以保證設備供電的連續性。因此，本文在研究UPS電源和柴油發電機組匹配問題的基礎上，將著重對該問題的解決方案進行探究。

一、UPS電源和柴油發電機組的匹配問題

（一）頻率漂移

UPS電源系統和柴油發電機組的匹配過程中，柴油發電機較易發生頻率振蕩問題。大多數情況下，柴油發電機組的頻率振蕩范圍比電流、電壓的振蕩范圍小，普遍保持在±5%以內，然而容易造成較大影響，致使UPS電源系統時常處于頻繁工作狀態。此外，由于柴油發動機組的負載具有規律，時而忽大，時而忽小，影響其他機件的工作狀態，且柴油發動機組在工作時產生噪聲也深受影響。如若柴油發電機組的振動加劇，機械也會加劇磨損，出現機件損壞的情況，致使UPS電源系統無法正常工作。

（二）UPS諧波

柴油發電機組的輸入電壓波形畸變通常是由于UPS電源系統產生的電流諧波出現分量“倒流”的情況，從而柴油發電機組輸出電壓的穩定性變差，形成震蕩，同時導致柴油發電機組的輸出電流產生大范圍擺動，且由于該擺動無法調整， UPS電源系統受到損壞[1]。此外，UPS電源系統由于檢測到柴油發電機組過電壓或過頻率情況，會自動關斷整流器，由后備電池組向負載供電。如此一來，UPS電源系統處于頻繁工作狀態，易造成電池產生放電循環，從而縮短了UPS電源系統電池壽命，甚至會出現電池電量消耗殆盡情況，致使輸出產生中斷。若頻率變換超出預先設定的極限值時，逆變器頻率變化與旁路電源的頻率變化無法銜接上，旁路靜態開關將禁止切換到旁路，容易造成UPS電源系統出現損壞。

（三）電壓振蕩

UPS電源系統反饋的波動電壓會造成柴油發電機組的輸出電壓振蕩范圍達±10%至20%，當調整AVR使其達到最佳時，振蕩依舊大于2%。在UPS電源系統負載仍舊保持穩定的條件下，發電機輸出電流擺動范圍達到±20%至50%，且該擺動無法進行調整。柴油發電機組一般采用自動電壓調節器對輸出電壓進行調節， 若為自激式同步交流發電機，電樞繞組給AVR提供功率源及信號源，如果發電機帶UPS電源系統負載，因發電機輸出電壓波形失真，AVR會錯誤地將激磁電流斷開，進行補償，從而使輸出電壓升高[2]。隨機AVR基于已經升高的電壓對激磁電流進行控制，從而輸出電壓出現下降，產生輸出電壓高低振蕩情況。AVR有同步輸入動力電的功能，柴油發電機輸出電壓波形嚴重失真時，UPS電源系統檢測電路會對交流輸入電源質量進行判定，結果為不合格或故障，就會迫使UPS電源系統向蓄電池逆變給負載供電，直至蓄電池的儲能耗盡，最后致使UPS電源系統關機。

二、UPS電源和柴油發電機組的匹配解決方案

（一）校正有源功率因數

對UPS輸入端的功率因數進行校正是UPS電源系統和柴油發電機組的匹配解決方法之一。首先，使UPS電源系統近乎于一個線性負載，對柴油發電機組產生較小的諧波電流。功率因數校正主要分為無源校正和有源校正兩種，大多數情況下有源功率因數校正是在整流器后面接一個升壓型變換器。其次，在校正后，輸入電流近乎于一個正弦波，諧波電流可減小到5%以內，功率因數可達到0.99。然而這種方法因多用了一級變換器，致使UPS電源系統的可靠性得到降低，更加適用于大功率UPS電源系統。

（二）消除UPS諧波

解決UPS電源系統諧波問題，主要有兩個方式，一是消除諧波，即使用濾波器或者有源諧波調節器對UPS電源系統的諧波進行全面消除。二是允許UPS電源系統諧波的存在。在實際情況中，如果UPS功率相比柴油發電機組的功率較小，在功率比為1∶2或1∶5時，可不采用濾波措施對UPS電源系統產生的諧波進行消除。當UPS電源系統和柴油發電機組的額定功率比為1∶2.5，UPS電源系統產生的諧波在柴油發電機組的合理范圍。

（三）合理選擇發電機組

柴油發電機組相比UPS電源系統而言，容量越大，柴油發電機組的輸出電壓失真就會越小，因此通常選擇的柴油發電機組輸出功率是UPS容量的2倍以上。只有柴油發電機組的輸出電壓失真減少到10%至15%，才能保證柴油發電機組和UPS電源系統可以正常運行[3]。柴油發電機組的負載率應在60%以上，這樣較為合理。柴油發電機組的勵磁方式大多以無刷永磁式、刷自勵式為主。無刷永磁式發電機組的AVR信號源在通常情況下來自發電機的電樞繞組，功率來源于PMG的電樞繞組，與同步交流發電機電樞繞組的電勢波波形畸變沒有關系，因此發電機組帶非線性負載的能力可以得到有效提高，抗無線電干擾能力更強，可保證柴油發電機的正常工作。

結語

綜上所述，通過校正有源功率因數、利用濾波器等消除UPS電源諧波，以及根據柴油發電機組輸出功率大小和勵磁方式情況合理選擇柴油發電機組，可以有效解決UPS電源和柴油發電機組的匹配問題。

參考文獻：

[1]朱繼安，劉義. 柴油發電機組并聯運行功率振蕩原因探討[J]. 移動電源與車輛，2021，52（02）：31-34+30.

[2]翟曉滿，王慈，李嘉. 某工程SBO電源柴油發電機組設計優化方案[J]. 中國科技信息，2021，（12）：65-66.

[3]宋迪. 民航空管系統UPS電源和發電機組匹配問題研究與應用[J]. 電子世界，2019，（19）：139-140.

作者簡介：陳峰（1971-08），女，漢族，浙江紹興人，學歷：本科，職稱：工程師，研究方向：通信電源