跟着互联网的快速开展，数据中心对大功率UPS和发电机的需求迅猛添加，由此也发生了一些新问题。本文就UPS输入端功率因数和输入滤波器对发电机的影响，进行理论剖析和实践事例的阐明，以阐明问题发生的原因，从而找出处理的办法。
1发电机组和UPS之间的匹配问题
UPS供电体系的厂商和用户很早就现已注意到发电机组和UPS之间的匹配问题，特别是由整流器发生的电流谐波对供电体系如发电机组的电压调理器、UPS的同步电路发生的不良影响十分显着。因而，技能人员规划了输入滤波器并把其运用到UPS中，成功地在UPS运用中操控了电流谐波。这些滤波器对UPS与发电机组的兼容性起到了要害作用。
事实上一切的输入滤波器都运用电容器和电感来吸收UPS输入端具有破坏性的电流谐波。输入滤波器的规划考虑了UPS电路固有的和在满载状况下的最大或许的悉数谐波畸变的百分比。大大都滤波器的另一个好处是进步带载UPS的输入功率因数。可是输入滤波器的运用带来的另一个结果是使UPS全体功率下降。绝大大都滤波器耗费1%左右的UPS功率。输入滤波器的规划一直在有利和不利要素之间寻求平衡。
为了尽或许进步UPS体系的功率，近期UPS工程师在输入滤波器的功耗方面做了改善。滤波器功率的进步，从很大程度上取决于将IGBT（绝缘门级晶体管）技能运用到UPS规划中。IGBT逆变器的高功率导致了对UPS的从头规划。输入滤波器能够吸收某些电流谐波，一同吸收很小一部分有功功率。总归，滤波器中理性要素对容性要素的比率下降了，UPS的缩小了体积，进步了功率。而UPS与发电机的兼容性的问题又呈现了。
2功率因数的问题
一般，人们把注意力放在UPS满载或挨近满载状况下的作业状况。大大都的工程师都了解满载状况下的UPS作业特性，特别是输入滤波器的特性，可是很少有人对滤波器在空载或挨近空载时的状况感兴趣。究竟UPS及其电气体系在轻载状况下的电流谐波影响很小。可是，UPS空载时的作业参数，特别是输入功率因数关于UPS与发电机的兼容性适当重要。
最新规划的输入滤波器，在削减电流谐涉及进步满载状况下的功率因数方面有了较好的作用。可是在空载或很小负载状况下却衍生出一个电容性超前的极低的功率因数，特别是那些为了满意5%最大电流失真度的滤波器。一般状况下，当负载低于25%时，大大都UPS体系的输入滤波器会导致显着的功率因数下降。尽管如此，输入功率因数却很少会低于30%，有些新的体系乃至已达到空载功率因数低于2%，挨近于抱负的容性负载。
这种状况不影响UPS输出和要害负载，市电变压器和输配电体系也不受影响。但发电机就不同了，有经历的发电机工程师知道：发电机带大容性负载时作业会不正常，当接入较低功率因数负载，典型的低于15%～20%容性时，因为体系失调，或许导致发电机停机。在市电停电后呈现这种停机应急发电机体系带动UPS体系负载将形成灾难性事端。因为下述两种原因停机给要害负载带来风险：（1）发电机需求手动重启，而且有必要在UPS电池放电完毕前；（2）在停机前发电机或许引起体系的“过压”，它或许损坏通讯设备、火灾体系、监控网络乃至UPS模块。
更糟糕的是，在事端发生后，很难区别职责，找出问题所在并予以纠正。厂商说UPS体系测验无缺，并指出其它当地相同的设备没有发生类似问题。发电机厂商说是负载的问题，无法调整发电机来处理问题。一同，用户工程师则阐明标准要求，期望彼此兼容。要了解为何会发生事端及怎么防止（或怎么在要害运用中找出处理方案），首要需求了解发电机与负载的作业关系。 2.1发电机与负载
发电机依托电压调理器操控输出电压。电压调理器检测三相输出电压，以其平均值与要求的电压值相比较。调理器从发电机内部的辅佐电源获得能量，一般是与主发电机同轴的小发电机，传送DC电源给发电机转子的磁场鼓励线圈。线圈电流上升或下降，操控发电机定子线圈的旋转磁场或称为电动势EMF的巨细。定子线圈的磁通量决议发电机的输出电压。
发电机定子线圈的内阻以Z表明，包含理性和阻性部分；由转子励磁线圈操控的发电机电动势用沟通电压源以E表明。假定负载是纯理性的，在向量图中电流I滞后电压U正好90°电相位角。假如负载是纯阻性的，U和I的矢量将重合或同相。实践上大都负载介于纯阻性和纯理性之间。电流经过定子线圈引起的电压降用电压矢量I×Z表明。它实践上是两个较小的电压矢量之和，与I同相的电阻压降和超前90°的电感压降。在本例中，它刚好与U同相。因为电动势有必要等于发电机内阻的电压降和输出电压之和，即矢量E=U和I×Z的矢量和。电压调理器改动E能够有效地操控电压U。
现在考虑用纯容性负载替代纯理性负载时，发电机的内部状况会发生什么改变。这时的电流和理性负载时正好相反。电流I现在超前电压矢量U，内阻电压降矢量I×Z，也正好反相。则U和I×Z的矢量和小于U。
因为和理性负载时相同的电动势E在容性负载时发生了较高的发电机输出电压U，所以电压调理器有必要显着地减小旋转磁场。实践上，电压调理器或许没有满足的规模来彻底调理输出电压。一切发电机的转子在一个方向接连励磁含有永久磁场，即便电压调理器全关，转子仍有满足的磁场对电容负载充电并发生电压，这种现象称为“自激”。自激的结果是过压或者是电压调理器关机，发电机的监控体系则认为是电压调理器毛病（即“失励”）。这任一种状况都会引起发电机停机。发电机输出端所接的负载，或许是独立的，也或许是并联的，决议于主动切换柜作业的守时和设置。在某些运用中，停电时UPS体系是发电机接入的第一个负载。在其它状况下，UPS和机械负载一同接入。机械负载一般有发动接触器，停电后从头闭合需求一守时刻，补偿UPS输入滤波电容器的理性电动机负载要有延时。UPS自身有一段时刻称为“软发动”周期，将负载从电池转向发电机，使其输入功率因数进步。可是，UPS的输入滤波器并不参加软发动进程，他们连接在UPS的输入端是UPS的一部分，因而，在某些状况下，停电时首要接到发电机输出端的首要负载是UPS的输入滤波器，它们是高容性的（有时是纯容性的）。
处理这一问题的办法很显着要用功率因数校对。这有多种办法能够完成，大致如下：
●装置主动切换柜，使电动机负载先于UPS接入。某些切换柜或许不能完成这种办法。别的，在保护时，工厂工程师或许需求独自调试UPS和发电机。
●添加一个永久性反应电抗来补偿容性负载，一般运用并联环绕电抗器，接在E-G或发电机输出并联板上。这是很简单完成的，而且本钱较低。可是不管在高负载仍是在低负载的状况下，电抗器总是在吸收电流并影响负载功率因数。而且不管UPS的数量多少，电抗器的数量总是固定的。
●在每一台UPS中加装理性电抗器，正好补偿UPS的容抗。在低负载状况下由接触器（选件）操控电抗器的投入。此办法电抗器较准确，但数量较大且装置和操控的本钱高。
●在滤波电容前装置接触器，在低负载时断开。因为接触器的时刻有必要准确，操控比较复杂，只能在工厂装置。
哪一种办法是最佳的，要依据现场的状况和设备的性能来确认。
2.2共振问题
电容自激问题或许被其他电气状况所加剧或掩盖，如串联共振。当发电机感抗的欧姆值和输入滤波器容抗的欧姆值彼此拉近，而且体系的电阻值较小时将发生振动，电压或许超出电力体系的额定值。新近规划的UPS体系实质上为100%的电容性输入阻抗。一台500kVA的UPS或许有150kvar的电容和挨近于0的功率因数。并联电感、串联扼流圈和输入阻隔变压器是UPS的惯例部件，这些部件都是理性的。事实上他们和滤波器的电容一同使UPS整体表现为容性，或许在UPS内部现已存在一些振动。加上连到UPS的输电线的电容特性，整个体系的复杂性大为进步，超出了一般工程师所能剖析的规模。
近来在要害运用中两个附加要素使得这些问题更遍及。首要，依据用户高牢靠数据处理的要求，核算机设备厂商在其设备中更多地供给冗余电源输入。现在典型的核算机柜都带有两个或更多电源线。其次，设备司理要求体系支撑在线保护，他们期望在UPS关机保护时要害负载也有保护。这两个要素使得典型数据中心UPS的装置数量添加，每台UPS的负载容量削减。可是发电机的添加没有与UPS保持一致。在设备司理的眼中发电机一般是备用的，简单组织保护。别的在一些大的项目中资金压力约束贵重的大功率发电机组的数量。结果是每台发电机带更多的UPS，这是一个令UPS厂商快乐，发电机厂商烦恼的趋势。
对自激和振动的最佳防卫是物理学的基本知识。工程师应细心地确认UPS体系在一切负载条件下的功率因数特性。UPS设备装置后，业主应坚持全面的测验，在调试检验时细心丈量整个体系的作业参
