布采夫 I.V.
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使用柴油动态不间断电源（DDIUPS）的供电系统的特点
在接下来的介绍中，作者将尽量避免营销陈词滥调，而仅依靠实践经验。 测试对象将是 HITEC Power Protection 的 DDIBP。
DDIBP安装装置
从机电角度来看，DDIBP 装置看起来相当简单且可预测。
主要能源为柴油机（DE），具有充足的功率，同时考虑到装置的效率，为负载提供长期连续供电。 因此，这对其可靠性、发射准备度和运行稳定性提出了相当严格的要求。 因此，使用船舶 DD 是完全合乎逻辑的，供应商将其从黄色重新涂成自己的颜色。
作为机械能与电能之间的可逆转换器，该装置包括功率超过装置额定功率的电动发电机，以首先改善瞬态过程中电源的动态特性。
由于制造商声称提供不间断电源，因此该装置包含一个在从一种操作模式转换到另一种操作模式期间保持向负载供电的元件。 惯性蓄能器或感应耦合器可用于此目的。 它是一个高速旋转并积累机械能的巨大物体。 制造商将其设备描述为异步电机内的异步电机。 那些。 有定子、外转子和内转子。 此外，外转子刚性连接到装置的公共轴上，并与电动发电机的轴同步旋转。 内转子还相对于外转子旋转，实际上是一个存储装置。 为了提供动力和各个部件之间的相互作用，使用带有滑环的电刷单元。
为了确保机械能从电机传输到装置的其余部分，使用了超越离合器。
该装置最重要的部分是自动控制系统，它通过分析各个部件的运行参数，影响整个装置的控制。
该装置最重要的元件是电抗器，一种带有绕组抽头的三相扼流圈，旨在将装置集成到供电系统中，并允许在模式之间相对安全地切换，限制均衡电流。
最后是辅助子系统，但绝不是次要子系统——通风、燃料供应、冷却和排气。
DDIBP 安装的操作模式
我认为描述 DDIBP 安装的各种状态会很有用：
- 工作模式关闭
该装置的机械部分是静止的。 向控制系统、机动车辆预热系统、启动电池浮充电系统和再循环通风装置供电。 预热完毕后，即可开始安装。
- 运行模式 启动
当发出启动命令时，DD 启动，通过超越离合器旋转驱动器的外转子和电动发电机。 当发动机预热时，其冷却系统被激活。 达到运行速度后，驱动器的内转子开始旋转（充电）。 存储设备充电的过程是通过其消耗的电流来间接判断的。 此过程需要 5-7 分钟。
如果有外部电源，则需要一些时间才能与外部网络进行最终同步，并且当达到足够的同相程度时，将设备连接到外部网络。
DD 降低转速并进入冷却循环，大约需要 10 分钟，然后停止。 超越离合器分离，装置的进一步旋转由电动发电机支持，同时补偿蓄能器中的损失。 安装已准备好为负载供电并切换至 UPS 模式。
在没有外部电源的情况下，该装置已准备好通过电动发电机为负载及其自身需求供电，并继续在柴油模式下运行。
- 柴油机运行模式
在此模式下，能源为DD。 由它旋转的电动发电机为负载提供动力。 作为电压源的电动发电机具有明显的频率响应，并且具有明显的惯性，对负载大小的突然变化做出延迟响应。 因为制造商以这种模式完成船用 DD 操作的安装，仅受燃料储备和维持安装热状态的能力的限制。 在此工作模式下，安装附近的声压级超过 105 dBA。
- UPS运行模式
该模式下，能源为外部网络。 电动发电机通过电抗器连接到外部网络和负载，以同步补偿器模式运行，在一定范围内补偿负载功率的无功分量。 一般来说，根据定义，与外部网络串联的 DDIBP 安装会恶化其作为电压源的特性，从而增加等效内部阻抗。 在此工作模式下，安装位置附近的声压级约为 100 dBA。
如果外部网络出现问题，设备将与其断开连接，发出启动柴油发动机的命令，设备将切换到柴油模式。 应当指出的是，持续加热的电机在无负载的情况下启动，直到电机轴的转速超过装置的其余部分并且超越离合器闭合。 DD 的启动和达到运行速度的典型时间为 3-5 秒。
- 旁路操作模式
如果需要，例如在维护期间，可以将负载功率直接从外部网络转移到旁路线路。 切换到旁路线路并返回时，切换设备的响应时间会重叠，这使您可以避免负载短暂断电，因为控制系统努力保持 DDIBP 装置的输出电压与外部网络之间的同相。 在这种情况下，安装本身的操作模式不会改变，即如果 DD 正在工作，那么它将继续工作，或者安装本身由外部网络供电，那么它将继续。
- 操作模式 停止
当发出 STOP 命令时，负载电源切换至旁路线路，并且电动发电机和蓄电装置的供电被中断。 装置继续靠惯性旋转一段时间，停止后进入关闭模式。
DDIBP连接图及其特点
单个安装
这是使用独立 DDIBP 的最简单选项。 该装置可以有两个输出 - NB（无中断，不间断电源），无需中断电源；SB（短时中断，保证电源），可短暂中断电源。 每个输出都可以有自己的旁路（见图 1）。
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NB 输出通常连接至关键负载（IT、制冷循环泵、精密空调），SB 输出则连接至短期供电中断不严重的负载（冷冻冷水机）。 为了避免关键负载完全断电，装置输出和旁路电路的切换是时间重叠进行的，并且由于部件的复杂电阻，电路电流被降低到安全值电抗器绕组。
应特别注意从 DDIBP 到非线性负载的电源，即负载，其特征是消耗电流的频谱成分中存在大量谐波。 由于同步发电机的运行和连接图的特殊性，这会导致装置输出处的电压波形失真，并且当装置由同步发电机供电时，消耗电流中存在谐波分量。外部交流电压网络。
下面是由外部网络供电时输出电压的形状（见图 2）和谐波分析（见图 3）。 使用变频器形式的适度非线性负载时，谐波失真系数超过 10%。 同时，装置没有切换到柴油模式，这证实了控制系统没有监测输出电压谐波失真系数这样的重要参数。 根据观察，谐波失真的程度并不取决于负载功率，而是取决于非线性负载和线性负载的功率之比，并且在纯有源热负载上进行测试时，负载输出处的电压波形安装非常接近正弦曲线。 但这种情况与现实相去甚远，尤其是在为包括变频器在内的工程设备以及采用开关电源（并不总是配备功率因数校正 (PFC)）的 IT 负载供电时。
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在此图和后续图中，三种情况值得注意：
- 安装的输入和输出之间的电流连接。
- 相负载的不平衡从输出到达输入。
- 需要采取额外的措施来减少负载电流谐波。
- 负载电流的谐波分量和瞬态引起的失真从输出流到输入。
并联电路
为了增强供电系统，可以并联DDIBP单元，连接各个单元的输入和输出电路。 同时，必须明白，当满足同步和同相的条件时，装置就失去了独立性，成为系统的一部分；在物理学中，这被称为相干性。 从实际的角度来看，这意味着系统中包含的所有安装必须以相同的模式运行，即，例如，部分从DD进行操作的选项，而部分从外部网络进行操作是不可接受的。 在这种情况下，将创建整个系统共用的旁路管线（见图 4）。
采用这种连接方案，有两种潜在的危险模式：
- 将第二个和后续安装连接到系统输出总线，同时保持一致性条件。
- 将单个装置与输出总线断开，同时保持一致性条件，直到输出开关打开。
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单个装置的紧急关闭可能会导致其开始减速但输出开关装置尚未打开的情况。 在这种情况下，在短时间内，装置与系统其余部分之间的相位差可能达到紧急值，从而导致短路。
您还需要注意各个安装之间的负载平衡。 在此考虑的设备中，由于发电机的负载下降特性而进行平衡。 由于其非理想性以及安装之间的安装实例的特征不相同，因此分布也不均匀。 此外，当接近最大负载值时，配电开始受到诸如连接线路的长度、装置和负载配电网络的连接点以及质量（过渡电阻）等看似微不足道的因素的影响。 ）连接本身。
我们必须始终记住，DDIBP 和开关装置是机电装置，具有显着的惯性矩和响应自动控制系统的控制动作的明显延迟时间。
具有“中”电压连接的并联电路
在这种情况下，发电机通过具有适当变比的变压器连接到电抗器。 因此，电抗器和开关机在“平均”电压水平下运行，发电机在 0.4 kV 的水平下运行（见图 5）。
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对于此用例，您需要注意最终负载的性质及其连接图。 那些。 如果最终负载通过降压变压器连接，必须记住，将变压器连接到供电网络很可能伴随着磁芯的磁化反转过程，这反过来会导致电流消耗的浪涌，因此，电压骤降（见图 6）。
在这种情况下，敏感设备可能无法正常运行。
至少低惯量指示灯会闪烁并且默认电机变频器会重新启动。
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具有“分离”输出总线的电路
为了优化供电系统的安装数量，制造商建议采用“分离”输出总线的方案，其中安装在输入和输出上都是并行的，每个安装单独连接到多个输出总线。 在这种情况下，旁路线路的数量必须等于输出总线的数量（见图7）。
必须理解的是，输出总线不是独立的，而是通过每个装置的开关设备彼此电连接。
因此，尽管制造商做出了保证，但该电路代表一个具有内部冗余的电源，在并联电路的情况下，具有多个电流互连的输出。
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这里，与前一种情况一样，不仅需要注意装置之间的负载平衡，而且还需要注意输出总线之间的负载平衡。
此外，一些顾客坚决反对供应“脏”食品，即在任何操作模式下使用负载旁路。 通过这种方法，例如在数据中心，其中一个辐条上的问题（过载）会导致系统崩溃，并导致有效负载完全关闭。
DDIBP的生命周期及其对整个供电系统的影响
我们决不能忘记，DDIBP 装置是机电设备，至少需要细心、虔诚的态度和定期维护。
维护计划包括退役、停机、清洁、润滑（每六个月一次）以及将发电机加载到测试负载（每年一次）。 通常需要两个工作日来维修一次安装。 由于缺乏专门设计的电路将发电机连接到测试负载，因此需要断开有效负载的电源。
例如，我们采用一个由 15 个并联运行的 DDIUPS 组成的冗余系统，在没有用于连接测试负载的专用电路的情况下，以“平均”电压连接到双“分离”总线。
有了这样的初始数据，要在每隔一天的模式下为系统提供 30(!) 个日历日的服务，就必须断电其中一条输出总线的电源以连接测试负载。 因此，输出总线之一的有效负载的电源可用性为 - 0,959，实际上甚至为 0,92。
此外，返回到标准有效负载电源电路将需要打开所需数量的降压变压器，这反过来将导致整个（！）系统中与变压器磁化反转相关的多个电压骤降。
使用 DDIBP 的建议
综上所述，得出了一个不太令人欣慰的结论 - 在使用 DDIBP 的电源系统的输出端，当满足以下所有条件时，就会出现高质量（！）不间断电压：
- 外接电源无明显缺点；
- 系统负载随着时间的推移保持恒定，本质上是主动和线性的（后两个特征不适用于数据中心设备）；
- 系统中不存在因开关无功元件而引起的失真。
总而言之，可以提出以下建议：
- 将工程和IT设备的供电系统分开，并将后者划分为子系统，以尽量减少相互影响。
- 专用一个单独的网络，以确保能够为单个安装提供服务，并且能够连接容量等于单个安装的室外测试负载。 为此目的准备连接场地和电缆设施。
- 持续监控电源总线、各个装置和相位之间的负载平衡。
- 避免使用连接到 DDIBP 输出的降压变压器。
- 仔细测试并记录自动化和电力开关设备的运行情况，以便收集统计数据。
- 为了验证负载的供电质量，请使用非线性负载测试装置和系统。
- 维修时，拆开起动电池并单独测试，因为... 尽管存在所谓的均衡器和备用启动面板 (RSP)，但由于一块电池出现故障，DD 可能无法启动。
- 采取额外措施尽量减少负载电流谐波。
- 记录装置的声场和热场、振动测试结果，以便快速响应各种类型机械问题的最初表现。
- 避免装置长期停机，采取措施均匀分配电机资源。
- 完成振动传感器的安装，以防止出现紧急情况。
- 如果声场和热场发生变化、出现振动或异味，请立即停止安装以进行进一步诊断。
PS 作者将不胜感激有关本文主题的反馈。
来源： habr.com