Одним из решений в организации бесперебойного питания является использование ИБП в связке с дизельным генератором (ДГ). При выключении основного питания энергообеспечение осуществляется за счет батарей ИБП на тот период, пока дизель-генератор не выйдет на рабочие параметры. Возможность использования схемы «ДГ – ИБП – потребитель» выглядит весьма привлекательно, поскольку дает пользователю электроэнергию высокого качества. А за счет того, что время на «разгон» генератора составляет всего несколько минут, это позволяет отказаться от дорогостоящих батарей большой емкости. Несмотря на кажущуюся простоту, такое решение требует грамотного расчета параметров системы для обеспечения совместимости ИБП с ДГ.
Причины несовместимости
Коэффициент нелинейных искажений (THD). Нелинейные искажения, вносимые нагрузкой, которой в данном случае является выпрямитель ИБП, могут достигать 40 % и 14 % при использовании 6- и 12-пульсных тиристорных выпрямителей соответственно. Многие производители ИБП оснащают свое оборудование гармоническими фильтрами – устройствами для снижения THD до 5–7 %. Такой уровень искажений вполне приемлем для нормальной работы генератора, однако необходимо учитывать его конечное значение.
Например, хранилище данных или сервер работают от импульсных блоков питания, способных довести уровень THD до 50 % и более. При выборе генератора по параметрам мощности необходимо принимать во внимание тот факт, что при данном уровне нелинейных искажений ее придется увеличить на 20 %. Последнее приведет к более высоким затратам. Выходом в данном случае становится только борьба с искажениями.
Реактивный ток. Большое значение при определении совместимости имеет величина обратного тока, которая возникает в некоторых элементах ИБП. В роли последних могут выступать сглаживающие конденсаторы на выходе выпрямителя. При работе с такими реактивными нагрузками заряд, накопленный в конденсаторах, в определенный момент возвращается в сеть и создает реактивный ток, воспринимаемый системой защиты генератора как ошибка, вызывающая его отключение.
Данная ситуация может произойти, когда нагрузка на ИБП значительно ниже его номинальной мощности и составляет менее 40 %. Одним из вариантов решения такой проблемы является завышение мощности ДГ, однако это приводит к удорожанию производимой им электроэнергии.
Нагрузка от оборудования, подключенного в обход ИБП и питающегося напрямую от генератора, может частично компенсировать влияние фильтров, если его реактивная составляющая имеет индуктивную природу (двигатели, компрессоры).
Подключение нагрузки. Многие потребители могут создавать пиковые нагрузки при мгновенном подключении. Это способно привести к изменению частоты и амплитуды напряжения. Для решения этой проблемы необходимо предусмотреть возможность плавной загрузки.
Способы улучшения синхронизации
Для того чтобы снизить воздействие факторов, негативно влияющих на синхронизацию, в ИБП должны быть предусмотрены:
- плавный запуск (около 30 секунд);
- возможность регулировки емкости сглаживающих фильтров в зависимости от величины подключенной нагрузки;
- решения по уменьшению количества гармоник;
- отключение АКБ.
Генератор должен иметь следующие свойства:
- номинальную мощность, достаточную для питания ИБП с остальными нагрузками, а также ее небольшой запас;
- сверхпроводную реактивность меньше 12 % (ее можно уточнить у производителя или в технической документации). Это обеспечивает низкий уровень искажений.
Также необходимо учитывать падение напряжения в соединительных кабелях, если они имеют значительную длину.
Расчет мощности генератора
Определить данный показатель (PG) можно по простой формуле, имея значение мощности выпрямителя (PR) (которое на 10 % выше аналогичного параметра ИБП) и сверхпроводной реактивности (X”d), а также зная допустимый уровень нелинейных гармонических искажений (d).
PG = PR × c × X”d / d,
где с – постоянная, равная 1,3 для 6-пульсного выпрямителя и 0,8 – для 12-пульсного.
Рассчитаем мощность генератора для ИБП 250 кВА. Пусть d = 0,06 (6 %), а X”d = 0,12 (12 %) для обеих модификаций выпрямителя.
Получим:
PG = 275 × 1,3 × 0,12 / 0,06 = 715 кВА;
PG = 275 × 0,8 × 0,12 / 0,06 = 440 кВА.
