【文章內(nèi)容簡介】 等內(nèi)部設(shè)備故障，樓內(nèi)線斷線、空氣開關(guān)跳閘等都會造成停電。2）交流輸入電源發(fā)生瞬間停電。3）電源裝置發(fā)生故障而中斷供電 電網(wǎng)諧波危害諧波的產(chǎn)生,與所加的電壓不呈線性關(guān)系,就形成非正弦電流,根據(jù)法國數(shù)學(xué)家傅立葉分析原理證明,每個諧波都具有不同的頻率、,第7次編號的為奇次諧波,而8等為偶次諧波,如基波為50Hz時,2次諧波為100Hz,由于對稱關(guān)系,偶次諧波已經(jīng)被消除了,出現(xiàn)的諧波電流是6n次諧波,例如11119等,變頻器主要產(chǎn)生7次諧波.從結(jié)構(gòu)上來看,在負荷上就獲得了交變輸出的電壓U0,U0的幅值決定于各整流裝置的控制角,. 間接變頻器有三種不同的結(jié)構(gòu)方式: (1)用可控整流器變壓,用逆變器變頻,調(diào)壓和調(diào)頻分別是在兩個環(huán)節(jié)上進行,兩者要在控制電路上協(xié)調(diào)配合。 (2)用不可控整流器整流斬波器變壓,用逆變器變頻,這種變頻器整流環(huán)節(jié)用斬波器,用脈寬調(diào)壓: (3)用不可控整流器整流,用PWM逆變器變頻,這種變頻器只有采用可控關(guān)斷式器件(如IGBT等),輸出波形才會非常逼近正弦波。無論哪一種變頻器,都大量使用了晶閘管等非線性電力電子元件,不管采用哪種整流方式,變頻器從電網(wǎng)中吸取能量的方式都不是連續(xù)的正弦波,而是以脈動的斷續(xù)方式向電網(wǎng)索取電流,這種脈動電流和電網(wǎng)的沿路阻抗共同形成脈動電壓降疊加在電網(wǎng)的電壓上,使電壓發(fā)生畸變,經(jīng)過傅里葉級數(shù)分析可知,這種非同期正弦波電流是由于頻率相同的基波和頻率大于基波頻率的諧波組成.諧波的危害一般來講,變頻器對容量相對較大的電力系統(tǒng)影響不很明顯,而對容量小的系統(tǒng),諧波產(chǎn)生的干擾就不可忽視,主要表現(xiàn)在:(1),使線路電阻隨頻率增加而提高,造成電能的浪費。由于中性線正常時流過電流很小,故其導(dǎo)線較細,當(dāng)大量的三次諧波流過中性線時,會使導(dǎo)線過熱、絕緣老化、壽命縮短以至損壞。(2)、發(fā)熱、機械振動和噪聲。對斷路器,當(dāng)電流波形過零點時,由于諧波的存在可能造成高的di/dt,這將使開斷困難,并且延長故障電流的切除時間。(3),系統(tǒng)裝設(shè)的各種用途的電容器比系統(tǒng)中的感抗要大得多,不會產(chǎn)生諧振,但諧波頻率時,感抗值成倍增加而容抗值成倍減少,這就有可能出現(xiàn)諧振,諧振將放大諧波電流,導(dǎo)致電容器等設(shè)備被燒毀。(4)諧波引起公用電網(wǎng)局部的并聯(lián)諧振和串聯(lián)諧振,從而使諧波放大,這就使上述危害大大增加,甚至引起嚴(yán)重的責(zé)任事故。(5)諧波將使得繼電保護和自動裝置出現(xiàn)誤動作,并使儀表和電能計量出現(xiàn)較大誤差。諧波對其他系統(tǒng)及電力用戶危害也很大:如對附近的通信系統(tǒng)產(chǎn)生干擾,輕者出現(xiàn)噪聲,降低通信質(zhì)量,重者丟失信息,使通信系統(tǒng)無法正常工作。影響電子設(shè)備工作精度,使精密機械加工的產(chǎn)品質(zhì)量降低。設(shè)備壽命縮短,家用電器工況變壞等. 電力系統(tǒng)在低頻率運行電力系統(tǒng)低頻運行是非常危險的,因為電源與負荷在低頻率下重新平衡很不牢固,也就是說穩(wěn)定性很差,甚至產(chǎn)生頻率崩潰,會嚴(yán)重威脅電網(wǎng)的安全運行,并對發(fā)電設(shè)備和用戶造成嚴(yán)重損壞,主要表現(xiàn)為以下幾方面:（1）引起汽輪機葉片斷裂。在運行中,汽輪機葉片由于受不均勻汽流沖擊而發(fā)生振動。在正常頻率運行情況下,汽輪機葉片不發(fā)生共振。當(dāng)?shù)皖l率運行時,末級葉片可能發(fā)生共振或接近于共振,從而使葉片振動應(yīng)力大大增加,如時間過長,葉片可能損傷甚至斷裂。(2)使發(fā)電機出力降低,頻率降低,轉(zhuǎn)速下降,發(fā)電機兩端的風(fēng)扇鼓進的風(fēng)量減小,冷卻條件變壞,如果仍維持出力不變,則發(fā)電機的溫度升高,可能超過絕緣材料的溫度允許值,為了使溫升不超過允許值,勢必要降低發(fā)電機出力。(3)使發(fā)電機機端電壓下降。因為頻率下降時,會引起機內(nèi)電勢下降而導(dǎo)致電壓降低,同時,由于頻率降低,使發(fā)電機轉(zhuǎn)速降低,同軸勵磁電流減小,使發(fā)電機的機端電壓進一步下降。(4)對廠用電安全運行的影響。當(dāng)?shù)皖l運行時,所有廠用交流電動機的轉(zhuǎn)速都相應(yīng)的下降,因而火電廠的給水泵、風(fēng)機、磨煤機等輔助設(shè)備的出力也將下降,從而影響電廠的出力。其中影響最大的是高壓給水泵和磨煤機,由于出力的下降,使電網(wǎng)有功電源更加缺乏,致使頻率進一步下降,造成惡性循環(huán)。(5)對用戶的危害:頻率下降,將使用戶的電動機轉(zhuǎn)速下降,出力降低,從而影響用戶產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量。另外,頻率下降,將引起電鐘不準(zhǔn),電氣測量儀器誤差增大,安全自動裝置及繼電保護誤動作等。 UPS系統(tǒng)功能概述系統(tǒng)預(yù)期實現(xiàn)當(dāng)市電輸入出現(xiàn)故障，突然停電時，UPS替代市電實現(xiàn)一定時間的對負載持續(xù)供電，保證負載正常工作。在市電質(zhì)量較差時，通過整流濾波電路，提高改善市電質(zhì)量，保證負載輸入穩(wěn)定，或者在市電不穩(wěn)定時，切換UPS系統(tǒng)回路，使用備用回路或放電回路，用電池儲備電能在一定時間內(nèi)替代市電輸出，輸出穩(wěn)定的正弦電，保證生產(chǎn)工作一定時間內(nèi)正常進行，減少因電網(wǎng)崩潰帶來的損失。UPS是針對中國電網(wǎng)環(huán)境和網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、醫(yī)療系統(tǒng)等對電源的可靠性要求，克服中、大型計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)集中供電所造成的供電電網(wǎng)環(huán)境日益惡劣的問題，以全新的數(shù)字技術(shù)研制出的第三代工頻純在線式智能型UPS。直流電源，是維持電路中形成穩(wěn)恒電流的裝置。如干電池、蓄電池、直流發(fā)電機等。UPS和直流電源是企業(yè)重要的供電保障設(shè)備，傳統(tǒng)的維護管理包括：①日常巡檢外觀，定期更換電池、濾波電容、風(fēng)機等易損件，大修時做電池活化等；②改造或采用換代設(shè)備，使用高級工具測試電池性能。這種管理方式企業(yè)投入成本高，維護人員工作量大，不易實時掌握設(shè)備運行狀態(tài)和關(guān)鍵數(shù)據(jù)，設(shè)備事故預(yù)防能力低。實施在線維護管理可避免傳統(tǒng)方式的不足之處，獲得良好效益。UPS的中文意思為“不間斷電源”，是英語“Uninterruptible Power Supply”的縮寫，它可以保障計算機系統(tǒng)在停電之后繼續(xù)工作一段時間以使用戶能夠緊急存盤，使用戶不致因停電而影響工作或丟失數(shù)據(jù)。 系統(tǒng)工作原理UPS不間斷電源設(shè)計的基本原理是將輸入的交流電整流轉(zhuǎn)換為直流電，一方面為備用蓄電池充電，另一方面再將其逆變轉(zhuǎn)換為穩(wěn)壓穩(wěn)頻的交流電。(1)蓄電池是電網(wǎng)斷電或者電網(wǎng)電壓嚴(yán)重畸變時為負載供電的能量來源，是UPS實現(xiàn)其功能的重要保證。(2)逆變器是UPS輸出穩(wěn)壓穩(wěn)頻的交流電的核心組成，也是整個UPS核心，采用冗余備用單元也是為了保證負載供電的不間斷； (3)旁路輔助電源是為維修、檢修UPS，或者逆變器故障的情況下實現(xiàn)不間斷供電的輔助電源。 蓄電池技術(shù)蓄電池技術(shù)的存在是UPS系統(tǒng)得以實現(xiàn)的根本，自從1859年法國科學(xué)家普朗特以鉛為電極制成鉛酸蓄電池以來，鉛酸蓄電池經(jīng)過一百多年的發(fā)展與完善，已經(jīng)成為世界上廣泛使用的一種化學(xué)電池，鉛酸蓄電池由于其成本低、容量大、安全可靠等特點，在通訊、鐵路、軍事、電動汽車、光伏發(fā)電等各個領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用，逐漸發(fā)展成為社會生產(chǎn)和人類生活中不可缺少的設(shè)備。蓄電池充電本質(zhì)上是一個能量轉(zhuǎn)換的過程，蓄電池充電裝置實際上是一個充電電源，該充電電源通過一定的控制算法使得輸出電壓和輸出電流與蓄電池充電曲線相吻合。目前，常用的充電電源主要有以下三種：相控電源、線性電源和開關(guān)電源。 (1)相控電源是比較傳統(tǒng)的電源，它將市電直接經(jīng)過整流濾波后輸出直流，通過改變可控硅整流器的導(dǎo)通相位角，來控制電源的輸出電壓。相控電源所使用的變壓器是工頻電源變壓器，它的體積龐大，由此造成相控電源本身體積龐大、效率低下。而且該類電源動態(tài)響應(yīng)差、可靠性低。目前相控電源已經(jīng)有逐步被淘汰的趨勢。 (2)線性電源是另一種常見的電源，它是通過串聯(lián)調(diào)整管，可以連續(xù)控制的電源。線性電源的功率調(diào)整管工作在放大區(qū)，通過的電流是連續(xù)的。由于調(diào)整管上的損耗功率較大，所以需要采用大功率調(diào)整管并需要裝配體積很大的散熱器。 (3)開關(guān)電源的研究發(fā)展歷史比較短，在20世紀(jì)60年代中期開始了相關(guān)的研究，并于當(dāng)時研制出了DC／DC變換器，這為開關(guān)電源的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。七十年代，出現(xiàn)了使用高頻變換技術(shù)的整流器，它使交流電不經(jīng)過工頻變換器，而是直接整流再逆變?yōu)楦哳l交流，再整流濾波變?yōu)樗璧闹绷鳌? 隨著電力電子技術(shù)和自動控制技術(shù)發(fā)展，尤其是大功率高壓場效應(yīng)管等新型高頻開關(guān)器件的出現(xiàn)，使得功率變換器的開關(guān)頻率得到很大的提高，減小了功率變換器中的變壓器體積和重量，從而大大減小了開關(guān)電源的體積和重量。 開關(guān)電源由最初的低頻開關(guān)電源發(fā)展到高頻開關(guān)電源，其開關(guān)頻率越來越高，控制技術(shù)也越來越完善，在蓄電池充電裝置的設(shè)計中，正是由于開關(guān)電源的性能越來越完善，已逐步成為充電功率主電路設(shè)計的首選。 不間斷供電原理圖22 UPS工作原理框圖對比圖21和圖22得知(1)在交流輸入電源正常的情況下，整流器一方面為逆變器提供直流輸入電壓，同時另一方面向蓄電池充電，使蓄電池儲存能量；一旦交流輸入電壓發(fā)生異?；驍嚯?、或者整流器發(fā)生故障時，整流器就無直流輸出，這時蓄電池自動代替整流器向逆變器提供直流輸入電壓，逆變器仍能正常工作。當(dāng)市電恢復(fù)正?；蛘哒髌鞴收吓懦?，恢復(fù)整流器供電，這樣負載得到連續(xù)供電，不會產(chǎn)生間斷供電的現(xiàn)象。(2)當(dāng)逆變器發(fā)生故障時，很明顯，圖21所示結(jié)構(gòu)的UPS就不能實現(xiàn)負載的不間斷供電。解決的辦法有兩個：一是提供逆變器的備用單元；二是提供靜態(tài)旁路輔助電源。具體來說:如果有逆變器的備用單元，當(dāng)逆變器故障時，通過快速開關(guān)立即切換至備用單元，保證負載的不間斷供電，這時負載得到的仍是穩(wěn)壓穩(wěn)頻的交流電；，當(dāng)逆變器故障時，通過靜態(tài)開關(guān)迅速切換至靜態(tài)旁路電源，向負載供電，不過，這時負載得到的是市電，供電質(zhì)量比較差，無穩(wěn)壓穩(wěn)頻性能，但保證了負載不間斷供電。一旦逆變器故障排除，即可恢復(fù)運行。(3)如果市電交流輸入不正常的同時，逆變器又發(fā)生故障，這時要保證負載的不間斷供電，可采用既有逆變器備用單元，又有靜態(tài)旁路電源的設(shè)計方案。當(dāng)交流輸入恢復(fù)正?；蛘吣孀兤鞴收吓懦?，通過靜態(tài)旁路電源向負載供電；或者通過逆變器向負載供電。這種方案可保證負載的供電不間斷。(4)電源裝置根據(jù)實際情況需要定期檢修，這時必須斷開逆變器和靜態(tài)旁路，但仍然要保證負載供電的不間斷，這時可采用增加維修旁路電源的方案。當(dāng)電源裝置維修時，通過維修旁路開關(guān)切換至維修旁路電源，此電源取自市電；一旦維修完畢，即切換至逆變器供電或靜態(tài)旁路電源供電。綜上所述，不間斷供電的原理實質(zhì)就是從電源裝置的組成結(jié)構(gòu)上考慮如何實現(xiàn)負載的不間斷供電:采用冗余結(jié)構(gòu)或者其他可靠性設(shè)計方案。 逆變器原理逆變器是在線式交流UPS不間斷電源的核心，因為在在線式UPS系統(tǒng)中，無論市電正常與否，逆變電路都必須正常工作，除非逆變器發(fā)生故障，這是在線式UPS的特點決定的。因此，逆變器的設(shè)計在整個UPS設(shè)計中顯得尤為重要。逆變是將直流電變?yōu)榻涣麟?實現(xiàn)逆變的電路稱為逆變電路。UPS不間斷電源的交流輸出側(cè)直接和負載相連，其中的逆變電路屬于無源逆變。在許多場合，電網(wǎng)提供的50Hz工頻電源不能滿足負載的特殊需要。UPS不間斷電源的負載就是那些對電源的電壓和頻率的穩(wěn)定性、波形畸變等有著嚴(yán)格的要求，且絕不允許瞬時停電的特殊負載。逆變器的主要功能就是將整流/充電器輸出的直流電壓變換成穩(wěn)壓穩(wěn)頻CVCF的交流電。、逆變電路主要性能參數(shù)描述逆變器性能的參量和技術(shù)條件很多，這里僅就評價逆變器時常用的技術(shù)參數(shù)做一扼要說明。（1）使用環(huán)境條件逆變器正常使用條件：海拔高度不超過1000m，空氣溫度0～+40℃。（2）直流輸入電源條件輸入直流電壓波動范圍：蓄電池組額定電壓值的177。15%。（3）額定輸出電壓在規(guī)定的輸入電源條件下，輸出額定電流時，逆變器應(yīng)輸出的額定電壓值。電壓波動范圍：單相220V177。5%，三相380177。5%。（4）額定輸出電流在規(guī)定的輸出頻率和負載功率因數(shù)下，逆變器應(yīng)輸出的額定電流值。（5）額定輸出頻率在規(guī)定的條件下，固定頻率逆變器的額定輸出頻率為50Hz：頻率波動范圍：50Hz177。2%。（6）最大諧波含量正弦波逆變器，在阻性負載下，輸出電壓的最大諧波含量應(yīng)≤10%。（7）過載能力在規(guī)定的條件下，在較短時間內(nèi)，逆變器輸出超過額定電流值的能力。逆變器的過載能力應(yīng)在規(guī)定的負載功率因數(shù)下，滿足一定的要求。（8）效率在額定輸出電壓、輸出、電流和規(guī)定的負載功率因數(shù)下，逆變器輸出有功功率與輸入有功功率(或直流功率)之比。（9）負載功率因數(shù)逆變器負載功率因數(shù)的允許變化范圍，―。（10）負載的非對稱性在10%的非對稱負載下，固定頻率的三相逆變器輸出電壓的非對稱性應(yīng)≤10%。（11）輸出電壓的不對稱度在正常工作條件下，各相負載對稱，輸出電壓的不對稱度應(yīng)≤5%。（12）起動特性在正常工作條件下，逆變器在滿載負載和空載運行條件下，應(yīng)能連續(xù)5次正常起動。（13）保護功能逆變器應(yīng)設(shè)置：短路保護、過電流保護、過電壓保護、欠電壓保護及缺相保護。（14）干擾與抗干擾逆變器應(yīng)在規(guī)定的正常工作條件下，能承受一般環(huán)境下的電磁干擾。逆變器的抗干擾性能和電磁兼容性應(yīng)符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。（15）噪聲不經(jīng)常操作、監(jiān)視和維護的逆變器，應(yīng)≤95db；經(jīng)常操作、監(jiān)視和維護的逆變器，應(yīng)≤80db。（16）顯示逆變器應(yīng)設(shè)有交流輸出電壓、輸出電流和輸出頻率等參數(shù)的數(shù)據(jù)顯示，并有輸入帶電、通電和故障狀態(tài)的信號顯示。在光伏/風(fēng)力互補系統(tǒng)選用逆變器時，首要的是確定逆變器如下幾個最主要的技術(shù)參數(shù)：輸入直流電壓范圍，如DC24V、48V、110V、220V等；額定輸出電壓，如三相380V，還是單相220V；輸出電壓波形，如正弦波、梯形波或方波。 三相橋式逆變電路及其控制方式 電路原理：逆變最基本的電路就是橋式電路。三相橋式逆變電路原理電路如圖31所示。 圖中的開關(guān)S16代表實際電路中的電力電子功率開關(guān)器件。只要開關(guān)按照一定的規(guī)律斷開和閉合就能將直流電變?yōu)榻涣麟?。圖2