Chứng minh khả năng tương thích phù hợp giữa UPS và bộ máy phát

Chứng minh khả năng tương thích phù hợp giữa UPS và bộ máy phát

Với sự phát triển nhanh chóng của Internet, nhu cầu về UPS và máy phát điện công suất cao trong trung tâm dữ liệu đang tăng lên nhanh chóng và một số vấn đề mới đã nảy sinh. Trong bài báo này, hệ số công suất của đầu vào UPS và ảnh hưởng của bộ lọc đầu vào đến máy phát được phân tích trên lý thuyết và trường hợp thực tế được giải thích để làm rõ nguyên nhân của sự cố và sau đó tìm giải pháp.

1 sự cố khớp giữa bộ máy phát và UPS

Các nhà sản xuất và người sử dụng hệ thống cung cấp điện của UPS từ lâu đã nhận thấy vấn đề khớp giữa bộ máy phát và bộ lưu điện, đặc biệt là các sóng hài hiện tại do bộ chỉnh lưu tạo ra không tốt cho hệ thống cung cấp điện như bộ điều chỉnh điện áp của bộ máy phát và bộ đồng bộ mạch của UPS. Tác động rất rõ ràng. Do đó, kỹ thuật viên đã thiết kế bộ lọc đầu vào và áp dụng nó cho UPS để điều khiển thành công sóng hài hiện tại trong ứng dụng UPS. Các bộ lọc này đóng vai trò chính trong khả năng tương thích của UPS với bộ máy phát.

Hầu như tất cả các bộ lọc đầu vào đều sử dụng tụ điện và cuộn cảm để hấp thụ sóng hài phá hủy ở đầu vào UPS. Thiết kế của bộ lọc đầu vào tính đến tỷ lệ phần trăm biến dạng sóng hài tối đa có thể có trong mạch UPS và khi đầy tải. Một lợi ích khác của hầu hết các bộ lọc là tăng hệ số công suất đầu vào của UPS đang tải. Tuy nhiên, một hậu quả khác của việc áp dụng bộ lọc đầu vào là hiệu quả chung của UPS bị giảm. Hầu hết các bộ lọc tiêu thụ khoảng 1% năng lượng của UPS. Thiết kế của bộ lọc đầu vào luôn tìm kiếm sự cân bằng giữa các yếu tố thuận lợi và không thuận lợi.

Để tối đa hóa hiệu quả của hệ thống UPS, các kỹ sư gần đây của UPS đã cải thiện mức tiêu thụ năng lượng của bộ lọc đầu vào. Sự gia tăng hiệu quả của bộ lọc phụ thuộc rất lớn vào việc áp dụng công nghệ IGBT (Transitor Gate-Level Transitor) cho các thiết kế của UPS. Hiệu suất cao của biến tần IGBT đã dẫn đến việc thiết kế lại UPS. Bộ lọc đầu vào có thể hấp thụ một số sóng hài hiện tại trong khi hấp thụ một phần nhỏ công suất hoạt động. Tóm lại, tỷ lệ của các yếu tố cảm ứng với các yếu tố điện dung trong bộ lọc bị giảm và UPS bị giảm kích thước và hiệu quả. Vấn đề tương thích giữa UPS và máy phát điện đã phát sinh trở lại.

Vấn đề 2 yếu tố năng lượng

Thông thường, mọi người chú ý đến trạng thái làm việc của UPS ở mức đầy tải hoặc gần đầy tải. Hầu hết các kỹ sư hiểu các đặc tính vận hành của UPS ở mức đầy tải, đặc biệt là các đặc điểm của bộ lọc đầu vào, nhưng ít người quan tâm đến tình trạng của bộ lọc khi không tải hoặc gần không tải. Rốt cuộc, UPS và hệ thống điện của nó ít ảnh hưởng đến sóng hài hiện tại trong điều kiện tải nhẹ. Tuy nhiên, các thông số vận hành của UPS không tải, đặc biệt là hệ số công suất đầu vào, rất quan trọng đối với khả năng tương thích của UPS với máy phát.

Bộ lọc đầu vào được thiết kế mới có tác dụng tốt trong việc giảm sóng hài hiện tại và tăng hệ số công suất khi đầy tải. Tuy nhiên, trong điều kiện không tải hoặc tải rất nhỏ, hệ số công suất của chì điện dung rất thấp được lấy, đặc biệt là các hệ số đáp ứng biến dạng dòng tối đa 5%. Nói chung, bộ lọc đầu vào của hầu hết các hệ thống UPS có thể làm giảm hệ số công suất đáng kể khi tải dưới 25%. Mặc dù vậy, hệ số công suất đầu vào hiếm khi dưới 30% và một số hệ thống mới thậm chí đã đạt được hệ số công suất không tải dưới 2%, gần với tải điện dung lý tưởng.

Tình trạng này không ảnh hưởng đến đầu ra của UPS và các tải trọng tới hạn, và các máy biến áp chính và hệ thống truyền tải và phân phối không bị ảnh hưởng. Nhưng các máy phát điện thì khác. Các kỹ sư máy phát điện có kinh nghiệm biết rằng máy phát điện sẽ không hoạt động đúng khi nó có tải điện dung lớn. Khi được kết nối với tải hệ số công suất thấp hơn, thường là điện dung dưới 15% đến 20%, Máy phát có thể ngừng hoạt động do mất cân bằng hệ thống. Việc xảy ra tắt máy như vậy sau khi mất điện lưới, hệ thống máy phát khẩn cấp để lái tải hệ thống UPS sẽ gây ra tai nạn thảm khốc. Thời gian ngừng hoạt động gây nguy hiểm cho các tải trọng tới hạn vì hai lý do: (1) máy phát điện cần phải được khởi động lại thủ công và phải trước khi hết pin UPS; (2) máy phát điện có thể gây ra "quá điện áp" cho hệ thống trước khi tắt máy, thiết bị liên lạc, hệ thống báo cháy, mạng giám sát và thậm chí các mô-đun UPS có thể bị hỏng.

Để làm cho vấn đề tồi tệ hơn, sau một tai nạn, thật khó để phân biệt trách nhiệm, xác định vấn đề và sửa nó. Nhà sản xuất nói rằng hệ thống UPS ở trong tình trạng tốt và chỉ ra rằng các vấn đề tương tự xảy ra trong cùng một thiết bị ở nơi khác. Nhà sản xuất máy phát điện cho biết đây là sự cố tải và không thể điều chỉnh máy phát để giải quyết vấn đề. Đồng thời, kỹ sư người dùng giải thích các thông số kỹ thuật và muốn tương thích với nhau. Để hiểu tại sao xảy ra tai nạn và cách phòng tránh (hoặc cách tìm giải pháp trong ứng dụng quan trọng), trước tiên bạn cần hiểu mối quan hệ làm việc giữa máy phát và tải.