🥇Kenmerken van voedingssystemen die DDIBP gebruiken

Kenmerken van voedingssystemen die gebruikmaken van Diesel Dynamic Uninterruptible Power Sources (DDIUPS)

In de volgende presentatie zal de auteur marketingclichés proberen te vermijden en zich uitsluitend baseren op praktijkervaring. Als proefpersonen zullen DDIBP’s van HITEC Power Protection worden beschreven.

DDIBP-installatieapparaat

Het DDIBP-apparaat ziet er vanuit elektromechanisch oogpunt vrij eenvoudig en voorspelbaar uit.
De belangrijkste energiebron is een dieselmotor (DE), met voldoende vermogen, rekening houdend met het rendement van de installatie, voor een langdurige continue stroomvoorziening aan de belasting. Dit stelt dienovereenkomstig vrij strenge eisen aan de betrouwbaarheid, de lanceringsbereidheid en de stabiliteit van de werking. Daarom is het volkomen logisch om scheeps-DD's te gebruiken, die de verkoper van geel naar zijn eigen kleur opnieuw schildert.

Als een omkeerbare omzetter van mechanische energie in elektrische energie en omgekeerd, omvat de installatie een motorgenerator met een vermogen dat het nominale vermogen van de installatie overschrijdt, om in de eerste plaats de dynamische eigenschappen van de stroombron tijdens transiënte processen te verbeteren.

Omdat de fabrikant een ononderbroken stroomvoorziening claimt, bevat de installatie een element dat de stroom naar de belasting in stand houdt tijdens overgangen van de ene bedrijfsmodus naar de andere. Hiervoor wordt een traagheidsaccumulator of inductiekoppeling gebruikt. Het is een enorm lichaam dat met hoge snelheid ronddraait en mechanische energie verzamelt. De fabrikant beschrijft zijn apparaat als een asynchrone motor in een asynchrone motor. Die. Er is een stator, een buitenrotor en een binnenrotor. Bovendien is de externe rotor star verbonden met de gemeenschappelijke as van de installatie en draait hij synchroon met de as van de motorgenerator. De interne rotor draait bovendien ten opzichte van de externe rotor en is eigenlijk een opslagapparaat. Om kracht en interactie tussen de afzonderlijke onderdelen te bewerkstelligen, worden borstelunits met sleepringen gebruikt.

Om de overdracht van mechanische energie van de motor naar de overige delen van de installatie te garanderen, wordt een vrijloopkoppeling gebruikt.

Het belangrijkste onderdeel van de installatie is het automatische besturingssysteem, dat door het analyseren van de bedrijfsparameters van afzonderlijke onderdelen de besturing van de installatie als geheel beïnvloedt.
Het belangrijkste element van de installatie is ook een reactor, een driefasige smoorspoel met een kronkelende kraan, ontworpen om de installatie in het voedingssysteem te integreren en relatief veilig tussen modi te kunnen schakelen, waardoor de gelijkmakende stromen worden beperkt.
En tot slot aanvullende, maar zeker geen secundaire subsystemen: ventilatie, brandstoftoevoer, koeling en gasuitlaat.

Bedrijfsmodi van de DDIBP-installatie

Ik denk dat het nuttig zou zijn om de verschillende statussen van een DDIBP-installatie te beschrijven:

bedrijfsmodus UIT

Het mechanische deel van de installatie is bewegingsloos. Er wordt stroom geleverd aan het besturingssysteem, het voorverwarmingssysteem van het motorvoertuig, het floating charge-systeem voor startaccu's en de recirculatieventilatie-unit. Na het voorverwarmen is de installatie startklaar.

bedrijfsmodus START

Wanneer het START-commando wordt gegeven, start de DD, die de externe rotor van de aandrijving en de motorgenerator via de vrijloopkoppeling laat draaien. Naarmate de motor warmer wordt, wordt het koelsysteem geactiveerd. Nadat de bedrijfssnelheid is bereikt, begint de interne rotor van de aandrijving te draaien (opladen). Het proces van het opladen van een opslagapparaat wordt indirect beoordeeld aan de hand van de stroom die het verbruikt. Dit proces duurt 5-7 minuten.

Als er externe stroom beschikbaar is, duurt het enige tijd voordat de definitieve synchronisatie met het externe netwerk plaatsvindt en wanneer er voldoende infase is bereikt, wordt de installatie daarop aangesloten.

De DD verlaagt de rotatiesnelheid en gaat over in een koelcyclus, die ongeveer 10 minuten duurt, gevolgd door een stop. De vrijloopkoppeling wordt ontkoppeld en de verdere rotatie van de installatie wordt ondersteund door de motorgenerator, terwijl de verliezen in de accumulator worden gecompenseerd. De installatie is klaar om de belasting te voeden en schakelt over naar de UPS-modus.

Als er geen externe voeding aanwezig is, is de installatie klaar om de belasting en de eigen behoeften van de motor-generator van stroom te voorzien en blijft ze in de DIESEL-modus werken.

bedrijfsmodus DIESEL

In deze modus is de energiebron de DD. De motor-generator die erdoor wordt geroteerd, drijft de belasting aan. De motorgenerator als spanningsbron heeft een uitgesproken frequentierespons en een merkbare traagheid, waardoor hij met vertraging reageert op plotselinge veranderingen in de grootte van de belasting. Omdat De fabrikant voltooit de installaties met maritieme DD-werking in deze modus wordt alleen beperkt door brandstofreserves en de mogelijkheid om het thermische regime van de installatie te handhaven. In deze bedrijfsmodus overschrijdt het geluidsdrukniveau nabij de installatie de 105 dBA.

UPS-bedrijfsmodus

In deze modus is de energiebron het externe netwerk. De motorgenerator, via een reactor verbonden met zowel het externe netwerk als de belasting, werkt in de synchrone compensatormodus en compenseert binnen bepaalde grenzen de reactieve component van het belastingsvermogen. Over het algemeen verslechtert een DDIBP-installatie die in serie is aangesloten met een extern netwerk per definitie de eigenschappen ervan als spanningsbron, waardoor de equivalente interne impedantie toeneemt. In deze bedrijfsmodus bedraagt het geluidsdrukniveau nabij de installatie ongeveer 100 dBA.

Bij problemen met het externe netwerk wordt de unit hiervan losgekoppeld, wordt een commando gegeven om de dieselmotor te starten en schakelt de unit over naar de DIESEL-modus. Opgemerkt moet worden dat de lancering van een constant verwarmde motor zonder belasting plaatsvindt totdat de rotatiesnelheid van de motoras de resterende delen van de installatie overschrijdt met het sluiten van de vrijloopkoppeling. De typische tijd voor het opstarten en bereiken van bedrijfssnelheden van de DD is 3-5 seconden.

BYPASS-bedrijfsmodus

Indien nodig, bijvoorbeeld tijdens onderhoud, kan het belastingsvermogen rechtstreeks vanuit het externe netwerk naar de bypass-lijn worden overgedragen. Het overschakelen naar de bypass-lijn en terug gebeurt met een overlap in de responstijd van de schakelapparaten, waardoor u zelfs een kortstondig stroomverlies naar de belasting kunt voorkomen, omdat Het besturingssysteem streeft ernaar om in fase te blijven tussen de uitgangsspanning van de DDIBP-installatie en het externe netwerk. In dit geval verandert de bedrijfsmodus van de installatie zelf niet, d.w.z. als de DD werkte, zal deze blijven werken, of als de installatie zelf van stroom werd voorzien via een extern netwerk, dan zal deze doorgaan.

bedrijfsmodus STOP

Wanneer het STOP-commando wordt gegeven, wordt het belastingsvermogen naar de bypass-lijn geschakeld en wordt de stroomtoevoer naar de motorgenerator en het opslagapparaat onderbroken. De installatie blijft nog enige tijd op traagheid draaien en gaat na het stoppen in de UIT-modus.

DDIBP-aansluitschema's en hun kenmerken

Enkele installatie

Dit is de eenvoudigste optie voor het gebruik van een onafhankelijke DDIBP. De installatie kan twee uitgangen hebben: NB (geen pauze, ononderbroken stroom) zonder onderbreking van de stroomvoorziening en SB (korte pauze, gegarandeerde stroom) met een korte stroomonderbreking. Elk van de uitgangen kan zijn eigen bypass hebben (zie afb. 1).

Afb.1

De NB-uitgang is doorgaans aangesloten op een kritische belasting (IT, koelcirculatiepompen, precisie-airconditioners), en de SB-uitgang is een belasting waarvoor een kortstondige onderbreking van de stroomvoorziening niet kritisch is (koelmachines). Om een volledig verlies van de stroomtoevoer naar de kritische belasting te voorkomen, wordt het schakelen van de installatie-uitgang en het bypass-circuit uitgevoerd met tijdsoverlapping, en worden de circuitstromen teruggebracht tot veilige waarden vanwege de complexe weerstand van onderdeel van de reactorwikkeling.

Er moet bijzondere aandacht worden besteed aan de voeding van de DDIBP naar de niet-lineaire belasting, d.w.z. belasting, die wordt gekenmerkt door de aanwezigheid van een merkbare hoeveelheid harmonischen in de spectrale samenstelling van de verbruikte stroom. Vanwege de eigenaardigheden van de werking van de synchrone generator en het aansluitschema leidt dit tot een vervorming van de spanningsgolfvorm aan de uitgang van de installatie, evenals de aanwezigheid van harmonische componenten van de verbruikte stroom wanneer de installatie wordt gevoed door een extern wisselspanningsnetwerk.

Hieronder staan afbeeldingen van de vorm (zie figuur 2) en de harmonische analyse van de uitgangsspanning (zie figuur 3) bij voeding via een extern netwerk. De harmonische vervormingscoëfficiënt bedroeg meer dan 10% bij een bescheiden niet-lineaire belasting in de vorm van een frequentieomvormer. Tegelijkertijd schakelde de installatie niet over op de dieselmodus, wat bevestigt dat het besturingssysteem zo'n belangrijke parameter als de harmonische vervormingscoëfficiënt van de uitgangsspanning niet bewaakt. Volgens waarnemingen hangt het niveau van harmonische vervorming niet af van het belastingsvermogen, maar van de verhouding tussen de vermogens van de niet-lineaire en lineaire belasting, en bij testen op een puur actieve, thermische belasting, de vorm van de spanning aan de uitgang van de installatie is heel dicht bij sinusoïdaal. Maar deze situatie is ver verwijderd van de realiteit, vooral als het gaat om het voeden van technische apparatuur, waaronder frequentieomvormers, en IT-belastingen met schakelende voedingen die niet altijd zijn uitgerust met een powerfactorcorrectie (PFC).

Afb.2

Afb.3

In dit en volgende diagrammen zijn drie omstandigheden opmerkelijk:

Galvanische verbinding tussen de in- en uitgang van de installatie.
De onbalans van de fasebelasting van de uitgang bereikt de ingang.
De behoefte aan aanvullende maatregelen om de harmonischen van de belastingsstromen te verminderen.
Harmonische componenten van de belastingsstroom en vervorming veroorzaakt door transiënten vloeien van de uitgang naar de ingang.

Parallelschakeling

Om het voedingssysteem te verbeteren, kunnen DDIBP-units parallel worden aangesloten, waarbij de ingangs- en uitgangscircuits van individuele units met elkaar worden verbonden. Tegelijkertijd is het noodzakelijk om te begrijpen dat de installatie haar onafhankelijkheid verliest en onderdeel wordt van het systeem wanneer aan de voorwaarden van synchronisme en in-fase wordt voldaan; in de natuurkunde wordt dit in één woord genoemd: coherentie. Vanuit praktisch oogpunt betekent dit dat alle in het systeem opgenomen installaties in dezelfde modus moeten werken, d.w.z. een optie met gedeeltelijke bediening vanaf de DD en gedeeltelijke bediening vanaf het externe netwerk is bijvoorbeeld niet acceptabel. In dit geval wordt de bypass-lijn gecreëerd die gemeenschappelijk is voor het hele systeem (zie Afb. 4).

Met dit verbindingsschema zijn er twee potentieel gevaarlijke modi:

Het verbinden van de tweede en volgende installaties met de systeemuitgangsbus terwijl de coherentieomstandigheden behouden blijven.
Het loskoppelen van een enkele installatie van de uitgangsbus terwijl de coherentiecondities behouden blijven totdat de uitgangsschakelaars worden geopend.

Afb.4

Een nooduitschakeling van een enkele installatie kan leiden tot een situatie waarin deze begint te vertragen, maar het uitgangsschakelapparaat nog niet is geopend. In dit geval kan het faseverschil tussen de installatie en de rest van het systeem in korte tijd noodwaarden bereiken, waardoor kortsluiting ontstaat.

U moet ook letten op de taakverdeling tussen afzonderlijke installaties. In de hier beschouwde apparatuur wordt het balanceren uitgevoerd vanwege de dalende belastingskarakteristiek van de generator. Vanwege de niet-idealiteit en de niet-identieke kenmerken van installatie-instanties tussen installaties, is de verdeling ook ongelijk. Bovendien begint de distributie bij het naderen van de maximale belastingswaarden te worden beïnvloed door ogenschijnlijk onbelangrijke factoren als de lengte van de aangesloten lijnen, de aansluitpunten op het distributienetwerk van installaties en belastingen, evenals de kwaliteit (overgangsweerstand ) van de verbindingen zelf.

We moeten altijd onthouden dat DDIBP's en schakelapparaten elektromechanische apparaten zijn met een aanzienlijk traagheidsmoment en merkbare vertragingstijden als reactie op besturingsacties van het automatische besturingssysteem.

Parallelschakeling met middenspanningsaansluiting

In dit geval is de generator verbonden met de reactor via een transformator met een geschikte transformatieverhouding. De reactor en schakelmachines werken dus op een “gemiddeld” spanningsniveau en de generator werkt op een niveau van 0.4 kV (zie figuur 5).

Afb.5

Bij deze gebruikssituatie moet u letten op de aard van de eindbelasting en het aansluitschema ervan. Die. als de eindbelasting wordt aangesloten via step-down transformatoren, moet er rekening mee worden gehouden dat het aansluiten van de transformator op het voedingsnetwerk zeer waarschijnlijk gepaard gaat met een magnetisatie-omkeringsproces van de kern, wat op zijn beurt een toename van het stroomverbruik veroorzaakt en, bijgevolg een spanningsdip (zie figuur 6).

Gevoelige apparatuur werkt in deze situatie mogelijk niet correct.

In ieder geval knippert de verlichting met lage inertie en worden de standaard motorfrequentieomvormers opnieuw gestart.

Afb.6

Circuit met een “gesplitste” uitgangsbus

Om het aantal installaties in het voedingssysteem te optimaliseren, stelt de fabrikant voor om een schema te gebruiken met een “gesplitste” uitgangsbus, waarbij de installaties parallel zijn zowel qua ingang als uitgang, waarbij elke installatie afzonderlijk is aangesloten op meer dan één uitgangsbus. In dit geval moet het aantal bypasslijnen gelijk zijn aan het aantal uitgangsbussen (zie figuur 7).

Het moet duidelijk zijn dat de uitgangsbussen niet onafhankelijk zijn en galvanisch met elkaar zijn verbonden via de schakelapparaten van elke installatie.

Ondanks de garanties van de fabrikant vertegenwoordigt dit circuit dus één voeding met interne redundantie, in het geval van een parallel circuit, met verschillende galvanisch met elkaar verbonden uitgangen.

Afb.7

Hier moet, net als in het vorige geval, niet alleen aandacht worden besteed aan de taakverdeling tussen installaties, maar ook tussen uitgangsbussen.

Ook maken sommige klanten categorisch bezwaar tegen het aanbieden van ‘vies’ voedsel, d.w.z. met behulp van een bypass naar de belasting in elke bedrijfsmodus. Met deze aanpak leidt bijvoorbeeld in datacenters een probleem (overbelasting) op een van de spaken tot een systeemcrash met een volledige uitschakeling van de payload.

Levenscyclus van DDIBP en de impact ervan op het energievoorzieningssysteem als geheel

We mogen niet vergeten dat DDIBP-installaties elektromechanische apparaten zijn die op zijn zachtst gezegd een attente houding en periodiek onderhoud vereisen.

Het onderhoudsschema omvat buitenbedrijfstelling, buitengebruikstelling, reiniging, smering (eenmaal per zes maanden) en het belasten van de generator tot een proefbelasting (eenmaal per jaar). Normaal gesproken duurt het twee werkdagen om één installatie te onderhouden. En de afwezigheid van een speciaal ontworpen circuit voor het aansluiten van de generator op de testbelasting leidt tot de noodzaak om de lading spanningsloos te maken.

Laten we bijvoorbeeld een redundant systeem nemen van 15 parallel werkende DDUPS die op “gemiddelde” spanning zijn aangesloten op een dubbele “gesplitste” bus, bij gebrek aan een speciaal circuit voor het aansluiten van de testbelasting.

Met dergelijke initiële gegevens zal het, om het systeem gedurende 30(!) kalenderdagen in elke andere dagmodus te kunnen bedienen, nodig zijn om een van de uitgangsbussen spanningsloos te maken om de testbelasting aan te sluiten. De beschikbaarheid van voeding voor de payload van een van de uitgangsbussen is dus - 0,959, en in feite zelfs 0,92.

Bovendien zal het voor de terugkeer naar het standaard voedingscircuit met nuttige lading nodig zijn om het vereiste aantal neerwaartse transformatoren in te schakelen, wat op zijn beurt meerdere spanningsdips zal veroorzaken in het hele (!) Systeem, geassocieerd met het omkeren van de magnetisatie van de transformatoren.

Aanbevelingen voor het gebruik van DDIBP

Uit het bovenstaande komt een niet geruststellende conclusie naar voren: aan de uitgang van het voedingssysteem met behulp van een DDIBP is hoogwaardige (!) ononderbroken spanning aanwezig als aan alle volgende voorwaarden is voldaan:

Externe voeding heeft geen noemenswaardige nadelen;
De systeembelasting is constant in de tijd, actief en lineair van aard (de laatste twee kenmerken zijn niet van toepassing op datacenterapparatuur);
Er zijn geen vervormingen in het systeem veroorzaakt door het schakelen van reactieve elementen.

Samenvattend kunnen de volgende aanbevelingen worden geformuleerd:

Scheid de voedingssystemen van technische en IT-apparatuur en verdeel deze in subsystemen om wederzijdse beïnvloeding te minimaliseren.
Wijs een afzonderlijk netwerk toe om ervoor te zorgen dat één enkele installatie kan worden onderhouden, met de mogelijkheid om een testbelasting buiten aan te sluiten met een capaciteit die gelijk is aan die van één enkele installatie. Maak het terrein en de kabelvoorzieningen voor deze doeleinden gereed voor aansluiting.
Bewaak voortdurend de belastingsbalans tussen vermogensbussen, individuele installaties en fasen.
Vermijd het gebruik van step-down transformatoren die zijn aangesloten op de uitgang van de DDIBP.
Test en registreer zorgvuldig de werking van automatiserings- en stroomschakelapparatuur om statistieken te verzamelen.
Om de kwaliteit van de stroomtoevoer naar de belasting te verifiëren, test u installaties en systemen met een niet-lineaire belasting.
Bij onderhoud de startaccu's demonteren en afzonderlijk testen, want... Ondanks de aanwezigheid van zogenaamde equalizers en een backup startpaneel (RSP) kan de DD door één defecte accu mogelijk niet starten.
Neem aanvullende maatregelen om de harmonischen van de belastingsstromen te minimaliseren.
Documenteer de geluids- en thermische velden van installaties, de resultaten van trillingstests voor een snelle reactie op de eerste manifestaties van verschillende soorten mechanische problemen.
Vermijd langdurige stilstand van installaties, neem maatregelen om de motorbronnen gelijkmatig te verdelen.
Maak de installatie compleet met trillingssensoren om noodsituaties te voorkomen.
Als geluids- en thermische velden veranderen, trillingen of vreemde geuren optreden, moeten de installaties onmiddellijk buiten gebruik worden gesteld voor verdere diagnostiek.

PS De auteur zou dankbaar zijn voor feedback over het onderwerp van het artikel.

Bron: www.habr.com

Kenmerken van voedingssystemen die DDIBP gebruiken