不间断电源供应击败计划外停机

UPS系统如何增强发电机的系统设计

通过马克内尔 2022年12月15日
提供:AMETEK Powervar

不间断电源洞察

  • 时间、负载和位置都会影响不间断电源(UPS)
  • 现代UPS拓扑结构的设计提供了适合不同环境的各种电源连续性和调节功能。

几乎每个工业产权都有一个共同的目标,即保持业务连续性和避免中断。这一目标对制造工厂尤其重要。无论行业、产品或运营规模如何,制造商都有责任保持其关键任务生产、产品产量和高水平的质量保证。出于这个原因,停电是一个严重的问题,大多数设施都有适当的措施来考虑停电。通常,这些措施从发电机开始,或者更可能是一个发电机系统。发电机系统是一个设计良好的工厂的基本要素。它们能够在停电情况下为机器提供电力输出,直到安全关闭,这对于保护生产中的产品质量和确保工厂管理人员的安心至关重要。

有很多注意事项这必须指导发电机系统的设计:操作条件,负载特性和配置,转换开关,当然,遵守最新的规范和法规。这些因素中的每一个都关系到发电机系统将如何运行和随着时间的推移进行维护,但它们未能考虑到两个关键问题。首先是停电和发电机系统启动之间的一小段时间,但这段时间至关重要,其次是从运行的发电机流向连接的电气设备的电能质量。

当今的不间断电源具有低阻抗隔离转换技术和增加的负载涌流能力。

当今的不间断电源具有低阻抗隔离转换技术和增加的负载涌流能力。提供:AMETEK Powervar

现代不间断电源(UPS)拓扑结构旨在有效地解决这些问题,提供适合不同环境的各种电源连续性和调节功能。虽然UPS设计因品牌、定制和电源环境需求而异,但UPS设备有不同的拓扑结构,每个设备的工作方式略有不同,以管理电源输入和保护连接的设备:

  1. 电池备份不间断电源保持待机状态,直到停电事件发生,将交流电源传输到连接的设备。当设备停电时,由内置的直流电池供电,逆变器将直流电源转换为交流电源,为连接的设备供电。

  2. 线路交互:线路交互UPS解决方案,至少当与低阻抗隔离变压器配对时,可以适应可变的输入电压,极大地减少噪声和瞬态等异常,并像电池备份UPS一样提供备用电源。

  3. 在线双转换:几乎每个UPS在技术上都是双转换产品,因为它将输入的交流电源转换为直流电源,然后将其转换回交流电源,为连接的电子设备提供严格调节的电源。在线双转换的不同之处在于,它100%的时间都在运行,这消除了任何电气负载损失的风险,尽管其他产品的切换时间小于一个周期,因此可以忽略不计。

时间很重要

从停电到发电机启动之间的20到30秒的时间似乎很短暂,但从商业意义上来说,这是很重要的。特别是在工业应用中,断电会对设备性能造成重大损害,包括设备立即锁定。此外,当电力通过发电机恢复时,这些问题并不总是能自动解决。如果设备在断电时有重启时间怎么办?如果恶劣天气导致反复停电怎么办?如果无法承受中断的扩展制造项目中途停电,该怎么办?

关机和开机之间的半分钟可能很快就会产生问题,是教科书中计划外停机的例子——是业务连续性和底线的祸根。根据德勤最近的报告在美国,计划外停机每年给工业制造商造成的损失高达500亿美元。任何工厂经理都不应该认为他们对这个问题免疫,因为82%的公司在过去三年内经历至少一次计划外停机事件。

不间断电源的所有拓扑都可以通过确保交流输出的可用性来解决这个问题,在断电时保持连接的齿轮正常运行。一旦安装完毕,UPS单元就会一直处于开机状态,并随时准备使用,直到有替代电源使用,安全关机或通过安全关闭高耗组件完成负载脱落,从而为关键负载保留运行时间。

负载问题

在设计发电机系统时,工厂经理和工程师必须了解其空间的能源需求,特别是关于负载分布和运行时间要求。这些担忧受到UPS系统的影响。与UPS技术相关的传输时间和反转,以及其他产品,如电子照明镇流器、变频驱动器和一般电子设备,会影响功率消耗,进而导致非线性电气负载。

非线性负载会在电力系统中引入谐波,这就要求发电机系统的降额取决于总谐波失真。非线性负载的动态消耗需求会影响发电机产生的电力质量,因为发动机转速、电压和频率会暂时偏离其稳态条件。这些变化会影响设备性能,因此任何承载非线性负载的发电机系统都应确保所连接的不间断电源具有强大的电源调节功能。双在线会话UPS是非线性负载的优秀候选,因为它既提供了不间断的电源流,又提供了大量的电能质量保证功能,以保持相邻技术的平稳运行。

位置很重要

正如发电机系统的位置对其性能有重大影响一样,UPS的位置也有很大影响。为了在所有其他电源耗尽的短时间内提供最佳质量的电力,ups应靠近其驱动的设备。ups输出的电源将是清洁的,当清洁电源必须长途跋涉才能到达连接的设备时,负载累积电气噪声的风险就会增加。现代的高灵敏度电子元件在更低、更节能的电压振幅下运行,这意味着即使是由噪声引起的轻微峰值和下垂,对老式的高振幅元件的影响也会更大。如果没有适当的调节,这些异常可能以电源中断、设备锁定的形式表现出来,最痛苦的是,新系统的寿命下降。

在发电机系统设计中考虑ups位置的另一个原因是便于安装和维护。虽然实际尺寸根据不同的需求而有所不同,但一些UPS单元和普通冰箱一样大,如果没有预先规划,就很难硬塞进去。集成商建议留出5%的平方英尺用于电力调节,其中约四分之一用于ups。各种各样的拓扑可以在不同的电源配置和尺寸中使用,以满足空间和功能需求。

关于不间断电源的最后一句话

如果在发电厂的发电机系统设计中不包括UPS系统,可能会破坏发电厂的运行完整性,使其容易受到电网供电不一致以及与供电中断相关的一系列异常的影响。设备可能会在发电机启动的那一分钟内失去电力,但一旦发电机启动,设备也可能容易受到脏电的影响。知道电网通常是不可靠的,特别是现在,是时候重新评估你的电力计划,并采用适当的智能UPS技术了。


作者简介:Mark Nell是AMETEK Powervar的销售工程师。