节能型VTS雷达站的电源子系统设计与设备选型方法

表4 ：某款UPS在1kW纯阻性仿真负载下的实测效率

该UPS在在1kW低负载率的不同工作模式下，无论是配置单模块（5kVA）模块还是冗余双模块(10kVA ），其整机效率实测效率均可高达80%以上，符合雷达站节能型UPS的选型要求。

为了进一步提高效率；可将UPS运行在ECO 模式下。表4中，ECO 模式较双变换模式，能提高整机效率3%～10%。由于设计上的差异，不同厂家的ECO模式的节能幅度是不尽相同的，其真实指标应通过实测获得。

需要注意的是，由于ECO模式在市电中断后，将由电池逆变供电；或者在市电恢复后，重新恢复到ECO市电旁路模式，这两个动作均存在切换时间。对于开关电源设备，市电中断时间小于10ms不会影响设备正常运行。因此ECO模式切换时间要求≤ 10mS。图7为某款UPS的ECO模式下由旁路转逆变切换时间截图，切换时间toff≈4ms，符合要求。

图7： 某款UPS的ECO 模式下由旁路转电池逆变的切换时间截图

注：（CH1-CH3：三相电压 0.1KV/div；CH4：某相电流 10A /div）

4、节能UPS的配套发电机的功率配比

非线性负载投入、运行过程中，电压、电流的关系是经常变化的，会向柴油发电机或电网反射以 5 次和 7 次谐波为主的高次谐波。UPS是典型的非线性负载之一。其谐波可能导致使发电机输出电压、频率宽幅变动，UPS因检测到过电压或过频率而触发保护，如自动关断整流器，转由旁路直接向负载供电[6] 。本文案例1中的UPS与发电机无法配合即属于这种情形。

（1）传统UPS与配套发电机的功率配比

传统UPS与配套发电机组的匹配方法，是根据UPS的整流技术，采用UPS额定输出功率的2.0～5.0倍，作为所匹配发电机组的常备功率。即通过加大发电机组的输出功率来降低发电机输出阻抗，提高发电机组与UPS的匹配能力，进而规避UPS产生的谐波干扰。比如案例1中，采用25kVA的发电机组组代替14kVA的发电机组，实现正常匹配。表5为某电源设备销售公司推荐的发电机组与UPS的功率配比值表。

表5：发电机与UPS的功率配比值[3]

注：Sg表示发电机组的常备功率（kVA），Su表示 UPS的额定输出功率（kVA）。

（2）节能型UPS与配套发电机的功率配比

表5同时说明，不同整流技术的UPS，对发电机组的常备功率要求是显著不同的。随着UPS技术不断进步，输入谐波更低，整机运行效率更高的UPS已经推出。某款节能型UPS采用独特的整流滤波技术，功率因数接近于1，输入电流谐波≤5%，UPS相对于电网而言接近于阻性负载。该节能型UPS的配套发电机的功率配置，已不是UPS额定功率的简单倍数关系，而应根据UPS及其负载的功耗大小换算得出。

如上述节能型UPS在10kVA配置，80%负载率时，若标配2kVA充电模块。UPS的总输入功耗是：8kVA（UPS负荷，80%负载率）+0.9kVA（UPS损耗，效率90%）+2kVA（UPS充电）=11kVA；此时，可选择额定输出功率为14~15kVA的发电机组即可满足UPS及发电机同时工作在80%负载率下的配套需求（发电机组经济负荷在下文具体论述）。该UPS产品手册推荐的发电机与UPS的功率配比值低至1.5。可见，节能型UPS对配套发电机组功率要求明显低于传统UPS，是整个节能型电源子系统的关键。

我们对该款UPS经行了匹配测试。案例1中的英国Wilson 14kVA(11.2KW) 三相发电机与梅兰日兰银河3000 10kVA UPS无法正常配合，但能与该款高效UPS正常配合（UPS配置双5kVA模块），发电机组与UPS的功率配比值仅为1.4；雷达站混合负载能正常启动、运行，UPS不存在任何告警。

通常厂家推荐的功率配比值是保证UPS在接近满载工况条件下的保守值。实际应用中，由于雷达站UPS的负载功耗通常仅为2kVA，大多数情况下UPS为低负载率或轻载运行。此时，发电机组的功率配置还可以进一步降低，以实现节能降耗，降低采购成本。

5，发电机组的节能选型与应用

发电机组由柴油机及发电机组成。柴油机的最佳经济运行负荷/功率是额定输出功率的75%-90% [7] ；通常柴油机与发电机的功率匹配关系1.1:1.0。因此柴油机组的经济负荷/功率是68%~81%的常备功率。

此外，发电机组的功率配置还要考虑其瞬态过载能力足以保证其负载的正常启动。在选用节能型UPS的基础上，发电机组的选型与节能应用技巧有如下几点：

（1）利用经济负荷要求配置发电机组的常备功率

珠海VTS荷包雷达站，建设在独立海岛上，地理位置偏远，站点到达、维护困难；采用某款节能型UPS，配置2个5kVA模块组成1+1模块冗余系统，UPS总功耗= 2kVA（UPS负荷）+0.4kVA（UPS损耗，效率80%）+4kVA（UPS充电，双充电模块）=6.4kVA。为使配套发电机组在经济负荷区间运行，有如下两种发电机组的配套方案：

方案1. 若该站日后设置成有人值守站。该站一台1.1kVA定频空调及2路1kVA其他用电设备与UPS一并接入发电机。此时发电机组总负荷=UPS总功耗+1.1kVA（空调）+2kVA（2路其他用电设备）=9.5kVA；发电机组常备功率配置为14~15kVA时，发电机组负荷为63~68%，接近或处于经济负荷区间。

方案2. 若该站为无人值守站点，电源子系统只需满足2kVA混合负载的启动、运行即可。此时，此时发电机组总负荷=UPS总功耗=6.4kVA。发电机组常备功率配置为8~10kVA时，发电机组负荷为64~80%，接近或处于经济负荷区间。

当然，由于产品设计的原因，不同品牌、型号的UPS的输入谐波特性是有显著差异的。为稳妥起见，建议对发电机与UPS的匹配方案进行测试、验证。