一、引言 ④更強的承受短路電流能力（通常可達3倍額定電流，持續10S）。
為確保網絡數據中心、數據交換中心、金融結算中心、重要系統調度中心等關鍵部門的設備能得到不間斷的電源供電，這些部門通常采用“市電供電+柴油發電機組備用+UPS電源”所組成的電源供電系統。UPS作為自市電停電到備用柴油發電機組供電的中間段的電源設備可以將蓄電池的電能無延時地逆變向重要負載供電，從而保證在柴油發電機組啟動供電前負載不斷電，而當柴油發電機組投入使用時，UPS就作為機組的負載，為電池進行充電。整流濾波器件是UPS的主要部件之一，這種非線性負載會向柴油發電機組反射大量的高次諧波，其中以5次和7次諧波危害最嚴重，尤其是非線性負載較大而發電機組容量又較小時這種危害就更明顯，主要表現在以下幾種故障現象：
1.發電機組的輸出電壓突然增高到440V以上，其后果是造成UPS損壞。
2.發電機組輸出頻率到50～60Hz，致使UPS保護動作。
3.發電機組在出現頻率或電壓異常的同時出現嚴重的機械共振現象，柴油機出現有節奏的搖擺和聲音起伏，嚴重時還出現損壞發電機的勵磁回路和AVR。
4.UPS因檢測到過電壓或過頻率而自動關斷整流器，由后備電池組向負載放電或從旁路直接向負載供電。
二、故障出現的原因
1.發電機組的瞬態調壓特性
由于發電機組的內阻比市電電網大得多，其輸出容量非常有限，當負載突變時，發電機組的電壓瞬態變化很大而且所需的恢復時間較長，在GB2820-90中用瞬態電壓
調整率（標準要求≤±20%）和電壓恢復時間（標準要求±2.4S）兩個指標來衡量。有些用戶主要只注重看發電機的穩態電壓調整率（標準要求±1%），其實后者在當今大多數發電機的指標相差不大，而前兩個指標卻與發電機的瞬態電抗和勵磁系統的特性有較大關系。
2.發電機的勵磁特性
小容量三相同步發電機主要有以下幾種勵磁方式：
⑴無刷永磁式（PMG）
⑵無刷自勵式
⑶三次諧波勵磁
⑷相復勵
其中以無刷永磁式勵磁方式性能最好。永磁勵磁系統由五部分組成：發電機主勵磁繞組（轉子），永磁發電機（PMG），自動電壓調節器（AVR），勵磁機和旋轉二極管。勵磁系統的工作原理是：當發電機旋轉時，永磁發電機（PMG）的永磁轉子同軸旋轉，切割PMG的定子繞組而產生三相正弦電勢，引入發電機自動電壓調節器（AVR）作為AVR的輸入電源，AVR通過檢測發電機的三相輸出電壓自動調節勵磁機磁場的勵磁電流，從而調節勵磁機轉子的三相輸出電壓，經旋轉二極管整流后輸送至發電機主轉子的勵磁回路。由此可見，輸出電壓的調節，其實是通過AVR對勵磁機磁場的調節來實現的（如附圖所示）。在這個系統中有以下幾個特點：
①由于PMG系統提供一個與定子輸出電壓波形畸變及大小無關的恒定的勵磁電源，因而能提供較高的電動機起動承受能力，并對非線性負載產生的主機定子輸出電壓的波形畸變具有抗干擾性，可提高發電機帶非線性負載能力。
②AVR檢測三相輸出電壓（三相方均根檢測），具有精度極高的穩態電壓調整率（通常可達±0.5%）。
③更強的抗無線電干擾能力。永磁機勵磁勵磁機轉子(電樞)勵磁機磁場(定子)主機定子主機磁場(轉子)機械旋轉動力輸入旋轉二極管輸出檢測電力輸出參考值設定A.V.R.永磁機磁場(轉子)永磁機定子AVR電源輸入。
3.負載大小和性質
⑴非線性負載占發電機額定容量的比例越大，其危害就越明顯
如果非線性負載分量小，其反射到發電機的諧波污染分量小，發電機輸出電壓的正弦畸變率小，因而影響不明顯。如果其非線性負載分量小于發電機額定容量20%時，通常對發電機輸出電壓特性影響不明顯。
⑵由于不同UPS電源其“整流濾波器”采用不同的元器件，影響也不同
采用三相6脈沖整流技術的UPS影響大過采用三相12脈沖整流技術的UPS，而采用單相整流技術的UPS影響更大。如果在整流元件前采用了濾波器件，則重載時影響較小，但空載或輕載時由于功率因數極低甚至接近容性則影響更大。
⑶UPS的投入方式的影響
當柴油發電機組啟動向負載供電時，由于UPS已經在停電的若干秒時間內由電池組向負載放電，因此機組供電時首先接入的將是UPS的整流元器件，而且還有蓄電池的充電電流的大小影響。一般發電機組提供電池的充電電能相當于UPS容量的20%-25%左右。
三、故障消除措施
根據筆者所在單位的長期實踐經驗積累，認為最完備的解決方案是成立由用戶運維人員、UPS供應商、發電機組供應商工程技術人員組成的專家組，從各個方面綜合解決問題，主要從以下幾方面考慮：
1.根據負載大小選擇合適容量的UPS和電池組。
2.綜合各方投資盡量采用對電源設備諧波污染小的UPS，如采用三相12脈沖整流技術加輸入濾波器。
3.適當加大發電機容量和選擇較好帶非線性負載性能的發電機。
4.綜合配電和負載特性，選擇最優的負載投入方式。
由于本文的重點在于闡述柴油發電機組與UPS的配合問題，因而重點講解筆者在發電機組選型方面的淺識。
1.在選型前一定要先了解UPS的有關技術數據
⑴是采用單相整流技術還是三相6脈沖或12脈沖整流技術
⑵UPS采用何種輸入濾波方式（如LC濾波電路、IGBT濾波器件）
⑶UPS的后備電池充電電流為多大，并計算充電容量
(4)UPS所允許的電壓畸變率和電流畸變率是多少。
2.了解發電機采用勵磁特性和瞬態特性
⑴備用發電機采用永磁機勵磁、無刷自勵、三次諧波勵磁還是相復勵，不同勵磁方式發電機所能帶非線性負載的瞬態容量不同
⑵備選發電機的瞬態電抗值
同樣容量的發電機，瞬態電抗值越大帶非線性負載能力越強。
3.發電機容量與UPS容量的選配
由于前面介紹的各種因素影響，其選型是一個復雜的問題，需要利用UPS的技術數據，還需要查找發電機的相關特性資料，因而無法用一個完全公式化的方法進行計算。依據一些文獻資料所記載的內容和筆者的一點經驗，一般可以按照下面的比值進行選擇：
發電機采用永磁他勵式（PMG）發電機、AVR三相電壓檢測并采取隔離變壓器將發電機組輸出電壓經過隔離后再輸送到AVR。
⑴采用6脈沖整流技術的UPS Sg=3-3.5Su
⑵采用12脈沖整流技術的UPS Sg=2.5-3Su
⑶采用單相整流技術的UPS Sg=4-5Su
⑷采用高頻脈寬調制技術的UPS Sg=2-3Su
Sg表示發電機的標稱功率（kVA），Su表示UPS的標稱功率（kVA）。
從上面的匹配數值來看，柴油發電機組的容量會比UPS大許多（2倍以上）。對于一些應用經驗不多的用戶、一些柴油發電機組的經銷商出于商業目的或者其本身應用經驗的限制，往往為UPS負載選配發電機組時就按照上面的功率值來簡單選型。其實這里存在一個很大的誤區，即認為發電機的額定容量等同二發電機組的額定輸出功率，并按此進行選型，結果造成用戶投資浪費，且發電機組長期在輕載條件下工作還會對柴油發動機帶來不利。筆者好幾次均采用“小馬拉大車”的方式來替用戶節省投資，從上面的參考選擇容量上可以看出，筆者提出的是“發電機容量”而并非整臺發電機組的容量。我們知道，發電機組的輸出有功功率大小取決于柴油發動機的出力，而視在功率則主要取決于發電機的容量，發電機組在帶UPS負載時，只要加大發電機的容量，其瞬態特性就會大大的增強，而整臺機組的輸出有功功率其實并未增加，因而不妨采用這種所謂“小馬拉大車”的方式來解決，即柴油機的功率按照所有負載有功功率之和略大來選擇，發電機功率則按照上面所說的方法來配置。筆者曾經成功地用一臺32kW的柴油機配一臺60kVA的發電機來帶動一臺6脈沖整流技術的15kVAUPS，其
測試的各項參數均滿足技術條件要求。當然，一些柴油發電機組的經銷商由于沒有工廠生產的原因，也許不能按照筆者的方法來解決問題，建議盡量與生產商進行詳細的技術溝通，以期更好地為用戶選型。
4.發電機組與UPS匹配時現場調試可能碰到的問題
既使按照上面的方法進行了選型，在現場調試的工程師還有可能碰到引言中所述的一些故障現象，筆者認為只要真正了解了UPS和發電機的特性，我們不能被一些表現所迷惑，有時簡單調整即可解決問題。由于并非本文重點，簡單說明如下：
（1）發電機在投入UPS時電壓、頻率表搖擺不穩，這時可適當調節AVR的靈敏度旋鈕，使其靈敏度適當降低可能會解決問題。
（2）注意將柴油機電子調速器的外殼良好接地，對電子調速器的轉速傳感信號采取屏蔽措施，并將屏蔽層良好接地，避免交流干擾信號影響到調速器性能。
（3）發電機AVR的電壓檢測有些是單相檢測，有些是三相檢測取平均值，最好采用三相檢測的AVR，同時為了避免發電機輸出端的畸變電壓又通過AVR反饋到勵磁回路，可在AVR檢測電壓端前增加隔離變壓器（有些AVR已采用這種方式）或并聯一個適當容量的電容器。
（4）如果發電機是無刷自勵式，而上述調節方法仍不能解決問題，有些品牌的發電機可以極方便地加裝PMG（如斯坦福發電機，利萊森瑪發電機，馬拉松發電機等），而且投資不大，加裝PMG后同樣容量的發電機其帶非線性負載能力可提高20%左右。
（5）有些發電機組的控制系統會出現超頻保護停機，但實測機組轉速正常，其實際原因可能是發電機組控制系統檢測到的發電機輸出電壓信號含有較大的高次諧波分量造成誤報警停機，可以在發電機電壓信號線進入控制器前增加一個濾波電路（如LC電路）。
責任編輯：Kelly
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