Majoritatea sistemelor de alimentare neîntreruptibilă (UPS) singure nu pot face față apăsărilor și eliminării defecțiunilor. Atunci când aceste sisteme nu au o capacitate suficientă de suprasarcină, trebuie să recurgă la un bypass automat care conectează direct sarcina la utilitate sau la un generator de motor de așteptare care este sincronizat cu ieșirea UPS. Alegând un sistem UPS care ajută generatorul de așteptare să câștige și să mențină sincronizarea, veți maximiza bypass-ul și disponibilitatea sistemului.

sisteme

Majoritatea sistemelor de alimentare neîntreruptibilă (UPS) singure nu pot face față apăsărilor și eliminării defecțiunilor. Atunci când aceste sisteme nu au o capacitate suficientă de suprasarcină, trebuie să recurgă la un bypass automat care conectează direct sarcina la utilitate sau la un generator de motor de așteptare care este sincronizat cu ieșirea UPS. Alegând un sistem UPS care ajută generatorul de așteptare să câștige și să mențină sincronizarea, veți maximiza bypass-ul și disponibilitatea sistemului.

Frecvența de potrivire

Sursele moderne de alimentare proiectate pentru utilizare la nivel mondial au făcut din sarcinile sensibile la frecvență o preocupare a trecutului. Când este necesar, sincronizarea computerului din centrul de date se face pe un nivel de semnal digital, mai degrabă decât pe unda sinusoidală de 60 Hz a sursei de alimentare.

Dar frecvența este încă o preocupare atunci când încercați să transferați fără probleme sarcini critice pentru a ocoli sau un alt sistem UPS redundant distribuit. Un transfer fără probleme necesită potrivirea frecvenței, tensiunilor și fazei.

O practică este de a sincroniza la ieșirea diferitelor autobuze UPS (folosind UPS-ul ca convertor de frecvență) și de a permite generatorului de motor să ruleze. Noile cerințe privind emisiile și îmbunătățirile în comenzile electronice ale regulatorului permit acum să se potrivească frecvența la nivelul motorului.

„Generatoarele de motoare pot fi acum sincronizate cu blocarea fazei cu alte surse, ca și cum ar fi unite”, spune Donald Becker, fost președinte al Asociației Sistemelor de Generare Electrică și senior manager de zonă pentru Kohler Co., Sheboygan, Wis.

De exemplu, puteți sincroniza magistrala generatorului de motor al unui sistem la o referință de utilitate, magistrala de ieșire UPS sau o altă ieșire a generatorului de motor. Acest lucru este valabil și pentru Cummins Power Generation, Minneapolis, MN, unde managerul principal de piață, Steve Iverson, spune că comenzile lor acceptă cu ușurință sincronizarea blocării fazelor la nivelul generatorului de motor.

Potrivit lui Steve Wetter, manager de program pentru Electric Power Group al Caterpillar Inc., Griffin, GA, toate generatoarele de motoare fabricate astăzi sunt testate conform standardului ISO 8528, partea 5, care dictează recuperarea frecvenței specifice și răspunsul tranzitoriu la sarcini.

Încărcări stabile

Kevin J. McCarthy, șeful Grupului de facilități critice al misiunii Einhorn Yaffee Prescott, Washington, D.C., observă că cererile privind sursa de alimentare a unei încărcături sunt cele mai mici atunci când sarcina este neschimbată sau în stare stabilă.

Capacitatea invertorului de ieșire al UPS-ului, care depinde de sarcină și caracteristicile sale, limitează ieșirea UPS-ului. Impedanța de ieșire mai mare (sau capacitatea de ieșire mai mică) a UPS-ului exercită o presiune mai mare asupra sistemului pentru a face bypass-ul disponibil și a compensa capacitatea redusă.

O topologie stabilizatoare

O topologie UPS, utilizată împreună cu generatoarele moderne de motoare, demonstrează că sincronizarea în sistemele de putere critice este cheia fiabilității și disponibilității maxime. Această topologie, care se bazează pe tehnologia Delta Conversion a American Power Conversion, sincronizează rapid generatorul de motor și încorporează o buclă de control pentru a obține stabilitatea motor-generator. Cu o stabilitate îmbunătățită, generatoarele pot fi sincronizate cu o altă sursă de utilitate sau magistrală de ieșire UPS redundantă distribuită folosind un sincronizator master-bus simplu sau un monitor în fază.

UPS-ul Delta Conversion (Fig. 1) folosește o intrare liniară a puterii către generatorul motorului, împreună cu factorul de putere al unității de intrare și filtrarea activă a distorsiunii armonice de intrare. Nu necesită declasare pentru distorsiunea curentului de intrare a sarcinii și nu are limite asupra factorului de creastă. Factorul său de putere de intrare se menține la unitate, chiar dacă factorul de putere de încărcare se schimbă de la 0,8 la 0,9 în avans sau curentul de sarcină are un conținut ridicat de armonici.

În schimb, trebuie să descărcați UPS-ul cu dublă conversie (Fig. 2) pentru sarcini bogate în armonici și să setați limite pentru factorii de creastă. Acest UPS necesită filtre de intrare cu pierderi cu condensatori și bobine. Aceste modificări vor crește factorul de putere de intrare al UPS-ului și vor atenua armonicile grele, autogenerate, la o intrare marginală .8 factor de putere întârziat și respectiv 10% distorsiune armonică totală curentă (THD), respectiv.

Majoritatea sistemelor UPS gestionează condiții de încărcare în stare stabilă, dar nu pot tolera evenimente de suprasarcină. Evenimentele de supraîncărcare includ încărcări în trepte, porniri de pornire, transferuri de sarcină în afara fazei și eliminarea defecțiunilor. Aceste perioade defazate previn disponibilitatea ocolirii. Fără bypass, UPS-ul poate furniza doar un procent mic din curentul de suprasarcină necesar. Dacă UPS-ul eșuează sau nu poate menține o calitate adecvată a tensiunii în timpul unui eveniment de suprasarcină, sarcina critică devine vulnerabilă la un accident puternic. Aceste evenimente apar mai des în instalațiile în care se fac numeroase schimbări de sarcină și reconfigurări fără a opri sarcina critică.

Transferuri multiple de încărcare

Configurațiile UPS redundante distribuite complexe de astăzi (Fig. 3) depind de transferuri de sarcină sincronizate, fără probleme, între mai multe autobuze UPS redundante. Chiar dacă cele două tensiuni ale sursei se potrivesc, frecvențele diferite între aceste surse înseamnă că sunt în fază (sincronizate) doar ocazional, proporțional cu diferența de frecvențe. Aplicarea comutatoarelor de transfer static de mare viteză (STS) va transfera sarcini critice de la o sursă de UPS la alta, dar necesită sincronizarea strânsă a celor două surse (adică, în general, la cel mult 5 grade distanță).

Când utilitarul alimentează două UPS-uri, acestea au aceeași frecvență și se află în cadrul fazei STS. Dar dacă utilitarul alimentează un UPS în timp ce un generator de motor cu roată liberă alimentează altul, acel UPS trebuie să compenseze sau generatorul de motor trebuie să fie introdus în sincronizare. Dacă un UPS compensează continuu frecvența și faza generatorului de motor, bypass-ul UPS nu este disponibil și sistemul este vulnerabil. Transferurile în afara fazei sunt deosebit de riscante datorită potențialului lor pentru curenți de intrare mare.

Cea mai mare sarcină unică

UPS-ul este de obicei cea mai mare sarcină unică pe generatorul de motor. Deoarece atât generatorul, cât și UPS-ul sunt sisteme reglementate, regulatoarele lor respective tind să interacționeze și pot duce la instabilitate.

Proiectarea UPS-ului de conversie Delta optimizează UPS-ul ca principală sarcină componentă stabilizatoare a generatorului de motor. Oferă o gamă extinsă de parametri programabili pentru stabilitatea sistemului, inclusiv o rampă liniară pentru a încărca ușor magistrala generatorului motorului (vezi Fig. 4, la pagina 14). Curentul de intrare UPS este crescut de la 0% la 100%. După încărcarea generatorului de motor, UPS-ul poate fi programat cu o rată de rotire setată special pentru generatorul de motor și sarcina critică specială. Rata de rotire este rata de schimbare a frecvenței (de exemplu, de la 50 Hz la 52 Hz în 4 sec sau 0,5 Hz pe sec). Sursele de alimentare cu comutare pot accepta 4 Hz pe sec, dar sarcinile cu inerție ridicată (cum ar fi motoarele) pot necesita o rată de rotire mai mică de 0,25 Hz pe sec.

Un UPS cu conversie dublă utilizează un walk-in de putere cu limită de curent în trepte neliniare și nu are o rată de rotire reglabilă (Fig. 5). Majoritatea producătorilor recomandă supradimensionarea brută a generatorului de motor pentru a compensa UPS-ul ca o sarcină destabilizantă.

Generatoare de motoare

Atunci când alegeți generatorul de motor adecvat, trebuie mai întâi să măsurați motorul principal sau motorul pentru sarcina critică, apoi să supradimensionați pentru pierderile UPS, factorul de putere de intrare și reîncărcarea bateriei. Motorul ar trebui să fie echipat cu un regulator izocron pentru a reduce oscilațiile cauzate de schimbările de sarcină și reacțiile unghiului de cuplu al generatorului. În al doilea rând, trebuie să dimensionați generatorul pentru sarcina critică, pierderile UPS-ului, încărcarea bateriei, armonicele UPS și factorul de putere.

UPS-ul Delta Conversion reprezintă o sarcină a factorului de putere unitară, ideală pentru maximizarea transferului de putere al motorului sau al motorului principal, precum și al generatorului. Factorul de putere de unitate înseamnă că UPS-ul apare la fel ca o sarcină liniară fără distorsiuni armonice. Motorul și generatorul pot fi optimizate pentru dimensionarea cu UPS-ul Delta Conversion la aproximativ 130% din sarcina critică. FIG. 6, de mai jos, este un UPS de conversie Delta de 500kW, cu o sarcină de 100% care rulează de la un generator de motor. Formele de undă sunt de curent și tensiune de intrare care prezintă o distorsiune minimă de la o undă sinusoidală ideală pentru generatorul de motor.

Dacă generatorul este subdimensionat la alimentarea unui UPS cu dublă conversie, poate apărea probleme grave atunci când se aplică sarcină - mai ales cu crestăturile de comutare linie a UPS-ului cu dublă conversie. Crestăturile de comutare de linie rezultă din comutarea SCR-ului de intrare sau a redresorului/încărcătorului pe bază de tiristor. Acestea pot crește în amplitudine datorită reactanței sursei mai mari. Reactanța subtransientă a generatoarelor sau alternatoarelor (de obicei, 16%) este mult mai mare decât cea a transformatoarelor de distribuție nominală similare (de obicei, 4%), ceea ce înseamnă că valoarea distorsiunii totale a tensiunii armonice (THVD) la magistrala generatorului va depăși 5%.

Adesea singura alternativă este de a supradimensiona generatorul cu un factor de cel puțin doi (în comparație cu ratingul UPS) și de a permite o distorsiune de 10% pe magistrala de încărcare. Această diferență de tensiune de 10% în comparație cu sursa de utilitate și ieșirea UPS poate fi o problemă serioasă pentru transferurile de sarcină STS din aval. FIG. 7, de mai sus, prezintă formele de undă de intrare ale unui UPS tipic cu conversie dublă la încărcare maximă.

Concluzie

Sistemele de alimentare critice sincronizate oferă cel mai înalt grad de protecție a puterii, asigurându-se că toate componentele sunt integrate și prepoziționate pentru performanțe maxime.

Fiind cea mai mare sarcină simplă din sistemul de alimentare critic, UPS-ul care menține cel mai proactiv sincronizarea este cea mai bună alegere pentru fiabilitate și răspuns robust la aberații de putere. Topologia UPS care contribuie la stabilitatea și sincronizarea motor-generator asigură în continuare disponibilitate maximă și 9s. Sincronizarea la nivel de sistem la magistrala generatorului de motor și la magistrala de ieșire a UPS crește disponibilitatea sistemului ca răspuns direct la incertitudinile de putere pentru sarcini critice în climatul actual.