布采夫 I.V.
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使用柴油動態不間斷電源（DDIUPS）的供電系統的特點
在接下來的介紹中，作者將盡量避免行銷陳腔濫調，而僅依靠實務經驗。 HITEC Power Protection 的 DDIBP 將被描述為測試對象。
DDIBP安裝裝置
從機電角度來看，DDIBP 裝置看起來相當簡單且可預測。
主要能源為柴油引擎（DE），具有充足的功率，同時考慮裝置的效率，為負載提供長期連續供電。 因此，這對其可靠性、發射準備度和運行穩定性提出了相當嚴格的要求。 因此，使用船舶 DD 是完全合乎邏輯的，供應商將其從黃色重新塗成自己的顏色。
作為機械能與電能之間的可逆轉換器，該裝置包括功率超過裝置額定功率的電動發電機，以首先改善瞬態過程中電源的動態特性。
由於製造商聲稱提供不間斷電源，因此該裝置包含一個在從一種操作模式轉換到另一種操作模式期間維持負載供電的元件。 慣性蓄能器或感應耦合器可用於此目的。 它是一個高速旋轉並累積機械能的巨大物體。 製造商將其設備描述為非同步馬達內的非同步馬達。 那些。 有定子、外轉子和內轉子。 此外，外轉子剛性地連接到裝置的公共軸上，並與電動發電機的軸同步旋轉。 內轉子也相對於外轉子旋轉，實際上是一個儲存裝置。 為了提供動力和各個部件之間的相互作用，使用帶有滑環的電刷單元。
為了確保機械能從馬達傳輸到裝置的其餘部分，使用了超越離合器。
該裝置最重要的部分是自動控制系統，它透過分析各個部件的運作參數，影響整個裝置的控制。
該裝置最重要的元件是電抗器，一種帶有繞組抽頭的三相扼流圈，旨在將裝置整合到供電系統中，並允許在模式之間相對安全地切換，限制均衡電流。
最後是輔助子系統，但絕非次要子系統－通風、燃料供應、冷卻和排氣。
DDIBP 安裝的操作模式
我認為描述 DDIBP 安裝的各種狀態會很有用：
- 工作模式關閉
裝置的機械部分是靜止的。 供電給控制系統、機動車輛預熱系統、啟動電池浮動充電系統和再循環通風裝置。 預熱完畢後，即可開始安裝。
- 運作模式 啟動
當發出啟動命令時，DD 啟動，透過超越離合器旋轉驅動器的外轉子和電動發電機。 當引擎預熱時，其冷卻系統被啟動。 達到運轉速度後，驅動器的內轉子開始旋轉（充電）。 儲存設備充電的過程是透過其消耗的電流來間接判斷的。 此過程需要 5-7 分鐘。
如果有外部電源，則需要一些時間才能與外部網路進行最終同步，並且當達到足夠的同相程度時，將裝置連接到外部網路。
DD 降低轉速並進入冷卻循環，大約需要 10 分鐘，然後停止。 超越離合器分離，裝置的進一步旋轉由電動發電機支持，同時補償蓄壓器中的損失。 安裝已準備好為負載供電並切換至 UPS 模式。
在沒有外部電源的情況下，該裝置已準備好透過電動發電機為負載及其自身需求供電，並繼續在柴油模式下運作。
- 柴油引擎運轉模式
在此模式下，能源為DD。 由它旋轉的電動發電機為負載提供動力。 作為電壓源的電動發電機具有明顯的頻率響應，並且具有明顯的慣性，對負載大小的突然變化做出延遲響應。 因為製造商以此模式完成船用 DD 作業的安裝，僅受燃料儲備和維持安裝熱狀態的能力的限制。 在此工作模式下，安裝附近的聲壓級超過 105 dBA。
- UPS運作模式
此模式下，能源為外部網路。 電動發電機透過電抗器連接到外部網路和負載，以同步補償器模式運行，在一定範圍內補償負載功率的無功分量。 一般來說，根據定義，與外部網路串聯的 DDIBP 安裝會惡化其作為電壓源的特性，從而增加等效內部阻抗。 在此工作模式下，安裝位置附近的聲壓級約為 100 dBA。
如果外部網路出現問題，設備將與其斷開連接，發出啟動柴油引擎的命令，設備將切換到柴油模式。 應指出的是，持續加熱的馬達在無負載的情況下啟動，直到馬達軸的轉速超過裝置的其餘部分並且超越離合器閉合。 DD 的啟動和達到運轉速度的典型時間為 3-5 秒。
- 旁路操作模式
如果需要，例如在維護期間，可以將負載功率直接從外部網路轉移到旁路線路。 切換到旁路線路並返回時，切換設備的響應時間會重疊，這使您可以避免負載短暫斷電，因為控制系統努力維持 DDIBP 裝置的輸出電壓與外部網路之間的同相。 在這種情況下，安裝本身的操作模式不會改變，即如果 DD 正在工作，那麼它將繼續工作，或者安裝本身由外部網路供電，那麼它將繼續。
- 操作模式 停止
當發出 STOP 指令時，負載電源切換至旁路線路，且電動發電機和蓄電裝置的供電中斷。 裝置繼續靠慣性旋轉一段時間，停止後進入關閉模式。
DDIBP連接圖及其特點
單一安裝
這是使用獨立 DDIBP 最簡單的選項。 本裝置可以有兩個輸出 - NB（無中斷，不間斷電源），無需中斷電源；SB（短暫中斷，保證電源），可短暫中斷電源。 每個輸出都可以有自己的旁路（見圖 1）。
圖。1
NB 輸出通常連接至關鍵負載（IT、冷凍循環泵浦、精密空調），SB 輸出則連接至短期供電中斷不嚴重的負載（冷凍冷水機組）。 為了避免關鍵負載完全斷電，裝置輸出和旁路電路的切換是時間重疊進行的，並且由於部件的複雜電阻，電路電流被降低到安全值電抗器繞組。
應特別注意從 DDIBP 到非線性負載的電源，即負載，其特徵是消耗電流的頻譜成分中存在大量諧波。 由於同步發電機的運作和連接圖的特殊性，這會導致裝置輸出處的電壓波形失真，當裝置由同步發電機供電時，消耗電流中存在諧波分量。外部交流電壓網路。
以下是由外部網路供電時輸出電壓的形狀（見圖 2）和諧波分析（見圖 3）。 使用變頻器形式的適度非線性負載時，諧波失真係數超過 10%。 同時，裝置沒有切換到柴油模式，這證實了控制系統沒有監控輸出電壓諧波失真係數這樣的重要參數。 根據觀察，諧波失真的程度並不取決於負載功率，而是取決於非線性負載和線性負載的功率之比，並且在純主動熱負載上進行測試時，負載輸出處的電壓波形安裝非常接近正弦曲線。 但這種情況與現實相去甚遠，尤其是在為包括變頻器在內的工程設備以及採用開關電源（並不總是配備功率因數校正 (PFC)）的 IT 負載供電時。
圖。2
圖。3
在此圖和後續圖中，有三種情況值得注意：
- 安裝的輸入和輸出之間的電流連接。
- 相負載的不平衡從輸出到達輸入。
- 需要採取額外的措施來減少負載電流諧波。
- 負載電流的諧波分量和瞬態引起的失真從輸出流到輸入。
並聯電路
為了增強供電系統，可以並聯DDIBP單元，連接各單元的輸入和輸出電路。 同時，必須明白，當滿足同步和同相的條件時，裝置就失去了獨立性，成為系統的一部分；在物理學中，這稱為相干性。 從實際的角度來看，這意味著系統中包含的所有安裝必須以相同的模式運行，即，例如，部分從DD進行操作的選項，而部分從外部網路進行操作是不可接受的。 在這種情況下，將建立整個系統共用的旁通管線（請參閱圖 4）。
採用這種連接方案，有兩種潛在的危險模式：
- 將第二個和後續安裝連接到系統輸出匯流排，同時保持一致性條件。
- 將單一裝置與輸出匯流排斷開，同時保持一致性條件，直到輸出開關開啟。
圖。4
單一裝置的緊急關閉可能會導致其開始減速但輸出開關裝置尚未打開的情況。 在這種情況下，在短時間內，裝置與系統其餘部分之間的相位差可能達到緊急值，導致短路。
您還需要注意各個安裝之間的負載平衡。 在此考慮的設備中，由於發電機的負載下降特性而進行平衡。 由於其非理想性以及安裝之間的安裝實例的特徵不相同，因此分佈也不均勻。 此外，當接近最大負載值時，配電開始受到諸如連接線路的長度、裝置和負載配電網路的連接點以及質量（過渡電阻）等看似微不足道的因素的影響。 ）連接本身。
我們必須始終記住，DDIBP 和開關裝置是機電裝置，具有顯著的慣性矩和響應自動控制系統的控制動作的明顯延遲時間。
具有“中”電壓連接的並聯電路
在這種情況下，發電機透過具有適當變壓比的變壓器連接到電抗器。 因此，電抗器和開關機在「平均」電壓等級下運行，發電機在 0.4 kV 的水平下運行（請參閱圖 5）。
圖。5
對於此使用案例，您需要注意最終負載的性質及其連接圖。 那些。 如果最終負載透過降壓變壓器連接，必須記住，將變壓器連接到供電網路很可能伴隨著磁芯的磁化反轉過程，這反過來會導致電流消耗的突波，因此，電壓驟降（見圖6）。
在這種情況下，敏感設備可能無法正常運作。
至少低慣量指示燈會閃爍並且預設馬達變頻器會重新啟動。
圖。6
具有“分離”輸出匯流排的電路
為了優化供電系統的安裝數量，製造商建議採用「分離」輸出匯流排的方案，其中安裝在輸入和輸出上都是並行的，每個安裝單獨連接到多個輸出總線。 在這種情況下，旁路線路的數量必須等於輸出匯流排的數量（見圖7）。
必須理解的是，輸出總線不是獨立的，而是透過每個裝置的開關設備彼此電連接。
因此，儘管製造商做出了保證，但該電路代表一個具有內部冗餘的電源，在並聯電路的情況下，具有多個電流互連的輸出。
圖。7
這裡，與前一種情況一樣，不僅需要注意裝置之間的負載平衡，而且還需要注意輸出匯流排之間的負載平衡。
此外，一些顧客堅決反對供應「髒」食品，即在任何操作模式下使用負載旁路。 透過這種方法，例如在資料中心，其中一個輻條上的問題（過載）會導致系統崩潰，並導致有效負載完全關閉。
DDIBP的生命週期及其對整個供電系統的影響
我們絕不能忘記，DDIBP 裝置是機電設備，至少需要細心、虔誠的態度和定期維護。
維護計劃包括退役、停機、清潔、潤滑（每六個月一次）以及將發電機加載到測試負載（每年一次）。 通常需要兩個工作天來維修一次安裝。 由於缺乏專門設計的電路將發電機連接到測試負載，因此需要斷開有效負載的電源。
例如，我們採用一個由 15 個並聯運行的 DDIUPS 組成的冗餘系統，在沒有用於連接測試負載的專用電路的情況下，以「平均」電壓連接到雙「分離」總線。
有了這樣的初始數據，要在每隔一天的模式下為系統提供 30(!) 個日曆日的服務，就必須斷電其中一條輸出總線的電源以連接測試負載。 因此，輸出匯流排之一的有效負載的電源可用性為 - 0,959，實際上甚至為 0,92。
此外，返回標準有效負載電源電路將需要打開所需數量的降壓變壓器，這反過來將導致整個（！）系統中與變壓器磁化反轉相關的多個電壓驟降。
使用 DDIBP 的建議
綜上所述，得出了一個不太令人欣慰的結論 - 在使用 DDIBP 的電源系統的輸出端，當滿足以下所有條件時，就會出現高品質（！）不間斷電壓：
- 外接電源無明顯缺點；
- 系統負載隨著時間的推移保持恆定，本質上是主動和線性的（後兩個特徵不適用於資料中心設備）；
- 系統中不存在開關無功元件所造成的失真。
總而言之，可以提出以下建議：
- 將工程和IT設備的供電系統分開，並將後者劃分為子系統，以盡量減少相互影響。
- 專用一個單獨的網絡，以確保能夠為單一安裝提供服務，並且能夠連接容量等於單一安裝的室外測試負載。 為此目的準備連接場地和電纜設施。
- 持續監控電源匯流排、各裝置和相位之間的負載平衡。
- 避免使用連接到 DDIBP 輸出的降壓變壓器。
- 仔細測試並記錄自動化和電力開關設備的運作情況，以便收集統計資料。
- 為了驗證負載的供電質量，請使用非線性負載測試裝置和系統。
- 維修時，拆開起動電池並單獨測試，因為... 儘管存在所謂的均衡器和備用啟動面板 (RSP)，但由於一顆電池故障，DD 可能無法啟動。
- 採取額外措施盡量減少負載電流諧波。
- 記錄裝置的聲場和熱場、振動測試結果，以便快速回應各種類型機械問題的最初表現。
- 避免裝置長期停機，採取措施均勻分配馬達資源。
- 完成振動感測器的安裝，以防止緊急情況。
- 如果聲場和熱場發生變化、出現振動或異味，請立即停止安裝以進行進一步診斷。
PS 作者將不勝感激本文主題的回饋。
來源： www.habr.com