Silcon и DP300E дизельный

Технический обзор
Silcon
DP300E и
дизельный
генератор
Технический обзор
Silcon DP300E и дизельный генератор
(Версия 02)
Введение
ИБП и дизельный генератор – это два тесно связанных фактора, которые обеспечивают
надежное электроснабжение критических установок. Применение небольшой батареи в
сочетании с дизельным генератором может оказаться разумным путем выполнения
требований к резерву времени работы, особенно если необходимо более длительное время
(как правило, свыше 20 минут). В то же время весьма часто установка состоит из
критической части (например, компьютера) и менее критического оборудования (например,
систем освещения и кондиционирования воздуха). В наиболее удачной для таких условий
конфигурации менее критическая нагрузка получает электропитание от дизельного
генератора, а ИБП питает самые критические нагрузки. Тогда дизельный генератор после
запуска сможет снабжать ИБП энергией, сохраняя тем самым заряд батарей.
Тем не менее опыт многих установок показывает, что добиться хорошей совместной работы
ИБП и генератора не всегда просто. Оба они представляют собой регулируемые системы, а
взаимодействие этих регуляторов может приводить к неустойчивости. Поскольку источник
бесперебойного питания обычно является крупнейшим одиночным потребителем энергии
дизельного генератора, целесообразно оптимизировать ИБП для повышения устойчивости
всей системы, даже если он сам не является причиной нестабильности. Silcon DP300E
позволяет задавать с клавиатуры на передней панели множество дополнительных
параметров, что обеспечивает большую гибкость ИБП и оптимальное взаимодействие между
ним и дизельным генератором.
Определения
Скорость синхронизации (Slew rate) показывает, как быстро происходит изменение
частоты (Гц/с). Например, переход от 52 до 50 Гц за 4 секунды соответствует скорости
синхронизации 2/4 = 0,5 Гц/с.
Выбор скорости синхронизации определяется характером нагрузки. Если она представляет
собой импульсный источник питания (SMPS – Switch Mode Power Supply), то можно
использовать скорость 4,0 Гц/с, но для вращающихся нагрузок (например,
электродвигателей) или схем управления и контроля фаз обычно применяется скорость 1,0
Гц/с. При значительной инерции вращающихся нагрузок иногда требуется уменьшение
скорости синхронизации, например, до 0,25 Гц/с.
Для Silcon DP300E можно установить скорость синхронизации 0,25; 0,50; 1; 2; 4 Гц/с.
Как правило, оптимальным является значение 1 Гц/с.
Допуск по частоте (Frequency tolerance) – это максимальное изменение статической
частоты, которое нагрузка может выдержать. Впрочем, к частоте чувствительны лишь очень
немногие виды оборудования, поэтому обычно можно использовать допуск ±6%.
Для Silcon DP300E можно установить значения ±1, 2, 4, 6, 8%.
Мягкий запуск (Soft start или Ramp-in) – это период времени, в течение которого Silcon
DP300E увеличивает входной ток с 0 до 100%. Выбор скорости синхронизации зависит от
способности дизельного генератора сохранять стабильность частоты и напряжения под
нагрузкой. Поскольку моторы по своей природе не очень хорошо переносят внезапные
7NS0003GB вып. 04
2
Технический обзор
большие изменения нагрузки, целесообразно постепенно увеличивать нагрузку на дизельный
генератор, тем самым значительно улучшая устойчивость частоты и напряжения.
В ходе мягкого запуска Silcon DP300E питается от батареи, так что этот период должен быть
как можно короче, чтобы сократить нагрузку на нее. Если генератор по своим
характеристикам соответствует Silcon DP300E, то время мягкого запуска должно быть
большим.
Для Silcon DP300E можно установить время мягкого запуска 1, 10, 20, 40 с.
Как правило, оптимальными будут значения 10-20 с.
Производительность Silcon DP300E при работе с дизельным генератором
Silcon DP300E обладает высочайшей эффективностью (онлайновый ИБП типа “переменный
ток – переменный ток”), в то же время обеспечивая входной коэффициент мощности 1 и
синусоидальный входной ток. Это означает, что Silcon DP300E отличается минимальной
входной мощностью по сравнению с любыми другими ИБП, присутствующими сегодня на
рынке. Такие характеристики в сочетании с очень гибким программным управлением
позволяют легко добиться правильной работы Silcon DP300E от дизельного генератора.
При разработке серии Silcon DP300E большие усилия были посвящены средствам
управления и регулирования, а также оптимизации всего режима работы Silcon DP300E для
полностью оптимальной работы от дизельного генератора.
Пример испытаний в реальных условиях для DP3480E
Тип генератора:
Тип: ANSALDO
Дизельный двигатель:
Тип: DORMAN, турбодизельный
Мощность: 600 л.с.
Емкость цилиндров: 24 л
Число цилиндров: 6
Система генерации:
Тип: Мобильная система генерации
Модель: SGC 625
Серия: 670/791
Мощность: 625 кВА / 500 кВт
Напряжение: 380 В
Число фаз: 3
Частота: 50 Гц
Скорость вращения: 1500 об/мин
Ток: 950 А
Кроме того, генератор снабжен средствами ручного управления эталонным выходным
напряжением, что позволяет регулировать его в диапазоне 335-480 В (среднеквадратичное
значение). Управление системой генерации осуществляется электронным блоком. В ходе
7NS0003GB вып. 04
3
Технический обзор
испытаний для генератора было установлено выходное напряжение 400 В
(среднеквадратичное значение).
Характеристики Silcon DP300E Series:
Стандартная конфигурация: Silcon DP3480E
Источник энергии постоянного тока – 12-пульсный выпрямитель (напряжение 800 В, ток 800
А)
Выходное напряжение: 400 В
Измерения для DP3480E при питании от дизельного генератора:
Для DP3480E при питании от дизельного генератора были проведены следующие тесты.
Переход от батарейного электропитания к нормальной работе со 100% резистивной
нагрузкой при питании от дизельного генератора.
 Скорость синхронизации = 2 Гц/с, время мягкого запуска = 10 с
 Скорость синхронизации = 2 Гц/с, время мягкого запуска = 40 с
Изменение выходного напряжения и напряжения генератора при 100% резистивной
нагрузке.
Результаты испытаний
На Рис. 1 представлено изменение частоты и тока нагрузки для дизельного генератора во
время мягкого запуска генератора со 100% резистивной нагрузкой. Мягкий запуск
начинается приблизительно в момент t = 3 с, и легко видеть, что частота генератора
уменьшается со скоростью около 0,125 Гц/с до уровня 49,75 Гц. Такая частота сохраняется
до завершения мягкого запуска в момент t = 13 с, а затем снова увеличивается до 50 Гц.
Рис. 1. Мягкий запуск дизельного генератора при подключении 100% резистивной нагрузки к
DP3480E.
Параметры DP: скорость синхронизации = 2 Гц/с, время мягкого запуска = 10 с.
Изменение частоты дизельного генератора во время мягкого запуска
Ток нагрузки на дизельном генераторе во время мягкого запуска
Рис. 2 представляет изменение частоты и тока нагрузки для дизельного генератора во время
мягкого запуска генератора со 100% резистивной нагрузкой. Мягкий запуск начинается
приблизительно в момент t = 7,5 с, и в данном случае частота генератора уменьшается со
скоростью около 0,02 Гц/с до значения 49,85 Гц. Такая частота сохраняется до завершения
мягкого запуска в момент t = 42,5 с, а затем снова увеличивается до 50 Гц.
Рис. 2. Мягкий запуск дизельного генератора при подключении 100% резистивной нагрузки к
DP3480E.
Параметры DP: скорость синхронизации = 2 Гц/с, время мягкого запуска = 40 с.
Изменение частоты дизельного генератора во время мягкого запуска
Ток нагрузки на дизельном генераторе во время мягкого запуска
На Рис. 3 показано выходное напряжение дизельного генератора и DP3480E соответственно.
DP3480E работает в нормальном режиме со 100% резистивной нагрузкой.
7NS0003GB вып. 04
4
Технический обзор
Благодаря синусоидальности входного тока DP300E искажение выходного напряжения ИБП
(коэффициент общих гармонических искажений) очень мало.
При использовании ИБП с двойным преобразованием (например, с 6- или 12-пульсным
выпрямителем) искажения оказались бы значительно выше, и в результате ИБП мог бы не
принять напряжение, а значит, и питание от дизельного генератора.
Это очень важно для крупных установок, где ИБП представляет собой не единственную
нагрузку на дизельном генераторе. В таких случаях ИБП с 6- или 12-пульсным
выпрямителем иногда вызывает столь большие искажения, что подключенное
непосредственно к генератору оборудование может не принять электропитание, даже если
оно допустимо для ИБП. Из-за этого общее правило требует использовать генератор,
превосходящий по мощности ИБП с двойным преобразованием примерно в 3-5 раз, чтобы
добиться приемлемого уровня искажений около 8-10%. При покупке дизельного генератора
этот момент весьма немаловажен.
Рис. 3. Вверху: выходное напряжение на дизельном генераторе.
Внизу: выходное напряжение на DP3480E. Здесь DP3480E подключен к 100% резистивной нагрузке.
Выходное напряжение генератора при полной нагрузке, стационарное состояние
Выходное напряжение ИБП при полной нагрузке, стационарное состояние
Было проведено измерение ряда параметров DP3480E при питании от дизельного генератора.
Рис. 1 и 2 демонстрируют, что время мягкого запуска генератора влияет на величину
снижения частоты генератора при запуске и ее изменение при завершении запуска. Учитывая
это, для DP3480E были выполнены некоторые дополнительные тесты. Они показывают, что
при выборе более длительного времени мягкого запуска можно уменьшить скорость
синхронизации. Это важно, если время запуска желательно сократить, поскольку тогда
нужно будет принять более высокую скорость синхронизации. Следовательно, при установке
систем с дизельными генераторами необходимо с учетом характеристик используемого
генератора настраивать как скорость синхронизации, так и время мягкого запуска.
Общий вывод из проведенных испытаний состоит в том, что DP3480E удовлетворительно
справляется с работой от дизельного генератора.
Требования к дизельному генератору
При выборе дизельного генератора для DP300E нужно учитывать следующие
рекомендуемые требования:
Видимая мощность (кВА)
DP300E обладает входным коэффициентом мощности 1, поэтому требования к видимой
мощности генератора (кВА) не устанавливаются.
Мощность (кВт)
Когда питание DP300E осуществляется от дизельного генератора, батареи ИБП уже
разряжены. Следовательно, генератор должен компенсировать полную мощность зарядки,
потери в инверторе, а также мощность нагрузки.
Рис. 4 позволяет с помощью таблицы и ряда кривых определить входной ток DP300E.
После этого величину мощности (кВт) можно рассчитать следующим образом:
PGENERATOR = √3 x VGENERATOR x IIN DP300E
7NS0003GB вып. 04
5
Технический обзор
При 100% нагрузке она обычно в 1,2 раза превышает мощность DP300E.
Номинальный выходной ток IOUT [А]
Silcon DP300E
10
20
40
80
160
320
480
380 В
15,2
30,3
60,6
121
243
486
729
400 В
14,5
29,0
58,0
116
231
462
693
415 В
13,9
27,8
55,6
111
223
446
669
Допуск по напряжению
Напряжение должно находиться в пределах ±15%, однако при подключении другого
оборудования максимальное допустимое отклонение обычно составляет ±10% или меньше.
Допуск по частоте
Генератор как без нагрузки, так и при полной нагрузке должен быть в состоянии
поддерживать частоту в заданных пользователем пределах. Это требование относится и к
динамическим, и к статическим условиям. Максимальный допуск составляет ±8%, а
типичное значение ±6%.
Динамические требования (изменение нагрузки)
При подключении Silcon DP300E к генератору применяется программируемый мягкий
запуск, поэтому дизельный генератор должен справляться с соответствующим скачком
нагрузки от 0 до 100% в течение заданного времени и при этом на протяжении всего
процесса соблюдать допуски по частоте и напряжению. Следует рассчитывать, что в момент
запуска генератор находится в “холодном” состоянии. Максимальное время 40 с.
Искажения
Для Silcon DP300E ограничения отсутствуют, однако при подключении к генератору другого
оборудования коэффициент общих гармонических искажений не должен превышать 10%.
Все рассмотренные выше требования предполагают, что Silcon DP300E обеспечивает
питание нагрузки и тем самым выступает в качестве фильтра между нагрузкой и
генератором. В то же время следует иметь в виду, что Silcon DP300E может находиться в
состоянии электронного шунтирования или сервисного шунтирования, когда дизельный
генератор непосредственно связан с нагрузкой.
При построении установки с ИБП и дизельным генератором важно предусмотреть
интеллектуальное взаимодействие между ними. Silcon DP300E включает мощные
встроенные средства управления электросетью, которые позволяют задавать следующие
параметры:
Допуск по частоте: минимальное и максимальное значение
Изменение частоты (скорость синхронизации): максимальное значение
Напряжение сети (среднеквадратичное): минимальное и максимальное значение
Напряжение сети (мгновенное): минимальное и максимальное значение
7NS0003GB вып. 04
6
Технический обзор
При выходе за эти пределы Silcon DP300E переключается на работу от батарей, а после 30секундной задержки будет активизировано реле интерфейса системной интеграции (System
Integration Interface SII X005, контакты 13-14 “работа от батарей”).
Этот сигнал можно использовать для запуска дизельного генератора. Система управления
генератором может включать простой блок контроля сети (как правило, только по падению
напряжения), обеспечивающий запуск генератора в случае сбоя электросети. Тем не менее
дизельный генератор также должен поддерживать запуск по сигналу от Silcon DP300E,
поскольку иначе ИБП может из-за сбоя сети переключиться на работу от батарей, а
генератор не запустится, поскольку “не заметит” такой сбой.
Когда дизельный генератор заработал, питание от электросети отключается, а питание от
генератора включается с помощью двух контактных реле.
При работе дизельного генератора вся установка находится в стационарном состоянии,
поэтому обратное переключение следует производить, только убедившись в восстановлении
нормальной работы электросети. После запуска генератор должен работать в течение
определенного минимального времени (например, 10-30 минут), связанного с ресурсом
двигателя. На протяжении этого периода батарея Silcon DP300E также заряжается, поэтому
запас энергии достаточен для переключения с генератора на сеть.
При обратном переключении на питание от электросети целесообразно синхронизировать
дизельный генератор и сеть, что позволит сделать переход непрерывным. Если
синхронизация дизельного генератора отсутствует, то переключение должно включать
задержку около 100 мс, чтобы защитить другое оборудование (не подключенное к Silcon
DP300E) от изменения фазы.
ЗАМЕЧАНИЕ!
Если используется небольшая батарея, дизельный генератор с медленным запуском
и максимальное время мягкого запуска, то генератор должен проработать в течение
более длительного времени, чтобы Silcon DP300E смог в достаточной степени
зарядить батареи.
7NS0003GB вып. 04
7
Технический обзор
Legendary Reliability
TM
Корпоративная штаб-квартира APC
132 Fairgrounds Road
West Kingston, RI 02892
USA
Тел.: (401)789-0204
Факс: (401)789-3710
APC Denmark A/S
Silcon Allé
DK-6000 Kolding
Denmark
Тел.: (+45) 75 54 22 55
Факс: (+45) 75 54 27 89
APC Asia / Pacific
Level 27 Northpoint
100 Miller Street
North Sydney, NSW 2060
Australia
Тел.: (+612) 9955-9366
Факс: (+612) 9955-2840
Интернет: apcinfo@apcc.com
PowerFax™: (800) 347 - FAXX
Веб-узел APC: www.apcc.com
Бесплатная линия технической поддержки
1-877-287-7835 (1-877-2UPS-TEK)
7NS0003GB вып. 04
8