Spolupráce dieselgenerátoru se zdrojem UPS
reklama
Specifickým problémem bývá spojení dieselgenerátoru se zdrojem UPS. Již v počátcích používání polovodičových zdrojů UPS, vybavených klasickým můstkovým usměrňovačem, vznikaly problémy se stabilitou soustavy dieselagregát-zdroj UPS. Problém je naznačen na obrázku.
Regulační smyčky v energocentru
Usměrňovač, zapojený na vstupu záložního zdroje UPS při svém provozu odebírá nesinusový proud z napájecí sítě. Tento proud obsahuje vyšší harmonické složky a způsobuje zkreslení napájecí sítě pro záložní zdroj. Příčina vzniku těchto harmonických složek je tedy v usměrňovači. Jejich amplituda závisí na konstrukci usměrňovače, vstupní impedanci záložního zdroje a na vlastnostech napájecí sítě.
První zdroje UPS na začátku 90. let minulého století byly na vstupu vybaveny neřízeným diodovým usměrňovačem. Ten se v okamžiku komutace diod (okamžik průchodu okamžité hodnoty napájecího napětí nulou) stává pro napájecí síť zkratem. Neřízený šestipulzní usměrňovač generuje především 5, 7, 11, 13, 17, 19, 23 a 25 harmonickou. Celkový obsah vyšších harmonických na vstupu záložního zdroje může dosáhnout až 28% - viz tabulka.
V případě provozu na síť nevzniká velký problém – síť je dostatečně tvrdý zdroj, navíc často doplněný vstupním transformátorem. V případě napájení z dieselgenerátoru, který má podstatně větší vnitřní odpor než síť, dojde v okamžiku komutace k poklesu napětí dieselgenerátoru. Rychlý elektronický regulátor dieselgenerátoru na tento pokles zareaguje zvýšením napětí. To ale mezitím začalo stoupat díky skončené komutaci a regulátor začne napětí zase „stahovat“. Výsledkem je nestabilní stav, projevující se „kýváním“ napětí dieselgenerátoru s frekvencí několik Hz. Tento nestabilní stav se přenese i do nadřazené otáčkové regulační smyčky, stroj začne být mechanicky namáhán a v krajním případě hrozí i jeho vytržení ze základového rámu.
Exaktní řešení uvedeného problému patří do teorie nelineární regulace a svým rozsahem by vydalo na disertační práci. Metodou pokusů a omylů bylo zjištěno, že pokud se dieselgenerátor několikanásobně předimenzuje, pak k tomuto stavu nedojde. Znamená to samozřejmě vyšší investici do dieselgenerátoru, větší nároky na prostor, problémy s dopravou atd. Proto byly hledány další cesty, jak toto předimenzování zmírnit:
- a) zařazením filtru vyšších harmonických. Zde je jednak možno použít filtr laděný na 5. harmonickou, která je významně zastoupena u šestipulzních usměrňovačů. Druhou možností je použít filtr pro veškeré vyšší harmonické. Zde je důležité připomenout, že k obdržení spokojivých výsledků a k zamezení vzniku rezonancí a následných oscilací, je nutno mít filtr
speciálně navržený pro konkrétní podmínky a místo instalace. - b) zařazením vícepulzního usměrňovače. Dvanáctipulzní usměrňovač je kombinací dvou šestipulzních usměrňovačů a speciálního třívinuťového transformátoru, který zabezpečí fázový posuv vstupního napětí dvou paralelně pracujících můstků. Tato kombinace umožňuje velmi vysokou a účinnou redukci obsahu vyšších harmonických až na úroveň 9%.
- c) Dalším krokem byl vývoj usměrňovačů na bázi tyristorů, později IGBT prvků, tj. plně řiditelných spínačů místo klasických diod. Těmito opatřeními se snížil požadavek na předimenzování dieselagregátu až na v současnosti doporučovaný cca 1,2 násobek.
Do roku 2005 se na náš trh dodávaly zdroje UPS s deltakonverzí (Silcon, později APC), které měly na vstupu usměrňovač podstatně menšího výkonu (sloužil pouze k dobíjení baterie) a požadavek předimenzování se dále snížil až na 1,3 násobek.
Realizace vstupních obvodů zdrojů UPS | ||||||||||||
Vstupní obvod zdroje UPS | Obsah vyšších harmonických (%) | Doporučené dimenzování DA |
THDi (%) | |||||||||
5 | 7 | 11 | 13 | 17 | 19 | 23 | 25 | 29 | 31 | |||
šestipulsní usměrňovač | 19 | 13 | 8,5 | 7 | 5,1 | 4,4 | 3,3 | 2,9 | 2,4 | 2,1 | 2 - 2,5 | 27,8 |
Šestipulsní usměrňovač s filtrem pro 5. harmonickou | 4,1 | 4 | 5,7 | 4,6 | 2,8 | 2,1 | 1,1 | 0,8 | 0,6 | 0,5 | 1,5 | 10 |
Šestipulsní usměrňovač s filtrem pro 5., 7., 11. a 13. harmonickou | 3,8 | 2,5 | 1,4 | 1,1 | 2,8 | 2,1 | 1,1 | 0,8 | 0,6 | 0,5 | 1,3 | 6,3 |
Dvanáctipulsní usměrňovač s galvanickým oddělením | 0 | 0 | 7,2 | 5,7 | 0 | 0 | 1,4 | 1 | 0 | 0 | 1,5 | 9,4 |
Dvanáctipulsní usměrňovač bez galvanického oddělení | 1,9 | 1,3 | 7,2 | 5,7 | 0,4 | 0,3 | 1,4 | 1 | 0 | 0 | 1,5 | 9,7 |
Dvanáctipulsní usměrňovač s galvanickým oddělením a filtrem | 0 | 0 | 1,4 | 1,1 | 0 | 0 | 1,4 | 1 | 0 | 0 | 1,2 | 2,5 |
Shrnutí:
Jestliže je použit dieselgenerátor pro napájení záložního zdroje v případě výpadku sítě, je nutno brát do úvahy následující skutečnosti:
- vliv zkreslení napájecích proudů vyššími harmonickými proudu, které je generovaného usměrňovačem
- vliv zkreslení výstupního napětí dieselgenerátoru. Vysoké zkreslení způsobuje rušení do regulačních obvodů vlastního dieselgenerátoru a důsledkem může být nestabilita chodu
- zvýšení zkreslení výstupního napětí dieselgenerátoru v závislosti na velikosti rázové složky (zkratová reaktance X"d dieselgenerátoru). Je proto vhodné používat dieselgenerátory s co nejnižší hodnotou X"d
- vliv vyšších harmonických složek proudu na teplotu vinutí generátoru (skinefekt), v důsledku kterého je nutné předimenzování generátoru
- eventuální přítomnost různých filtrů v soustavě síť - dieselgenerátor - záložní zdroj - spotřebič může být příčinou nežádoucích rezonancí, které mohou mít vliv na regulační obvody dieselgenerátoru a tím zvyšovat výstupní napětí. Filtry, které omezují vyšší harmonické, jsou v případě chodu dieselgenerátoru z tohoto důvodu vypnuty
- je nutno brát v úvahu i další zátěž napájenou přímo dieselgenerátorem
Ing. Karel Kuchta
Více informací z oblasti naleznete zde ...
TEXT Z OBLASTÍ | SOUVISEJÍCÍ KONTAKT |
---|---|
LPE s.r.o. Zaslání vizitky Zobrazit záznam v adresáři |