提高柴油發(fā)電機容量較高效的程序

摘要：參數(shù)中心的備載發(fā)電機組承受超前無功容量的能力非常有限，當輸入無功功率大于額定無功容量的20%時，就可能產(chǎn)生運轉(zhuǎn)不穩(wěn)，甚至過壓關(guān)機。參數(shù)中心IT裝置電源配置了容量因數(shù)調(diào)校器和大容量濾波器電容，會發(fā)生大量超前電抗電流。這種超前功率因數(shù)負載對市電不會造成嚴重不佳危害，卻是導(dǎo)致發(fā)電機運轉(zhuǎn)不穩(wěn)的詳細緣由。關(guān)注和解說潛在的發(fā)電機不穩(wěn)情形是必要的，采取高效的避免對策是重要的。

數(shù)據(jù)中心的供電裝置由三級電源結(jié)構(gòu)，第一級是大電/備用發(fā)電機，這是數(shù)據(jù)中心的交流輸入電源。第二級是備用電源，備用電源的作用是保證不間斷供電。第三級是IT裝備的電源單元PSU，PSU為IT裝備供應(yīng)各種電壓等級的直流電源。在正常狀況下，備用電源是大電/后備發(fā)電機的負荷，IT設(shè)備的PSU是備用電源的負荷。當備用電源工作于旁時間序時，電網(wǎng)/備用發(fā)電機直接為IT設(shè)備PSU供電。因此，備用電源和IT設(shè)備PSU的輸入容量因數(shù)或電流的相位，都會影響發(fā)電機運轉(zhuǎn)性能。

在數(shù)據(jù)中心應(yīng)用較多的備用電源是雙變換備用電源。傳統(tǒng)雙變換備用電源是有變壓器的備用電源（也稱為工頻備用電源），新型雙變換備用電源是無變壓器備用電源（也稱為高頻備用電源）。工頻雙變換備用電源采用SCR相控整流器，其脈沖式交流輸入電流包含大量的諧波電流，采用6脈沖整流器的雙變換備用電源的輸入電流總諧波失線脈沖整流器的雙變換備用電源的輸入電流總諧波失線%。諧波電流致使容量因數(shù)下降，功率因數(shù)一般為0.8左右重慶康明斯官網(wǎng)。傳統(tǒng)雙變換備用電源輸入電流是滯后的。

高頻雙變換備用電源采用IGBT整流器，滿載時輸入功率因數(shù)接近1，基本沒有諧波電流。輸入電流的相位是滯后的。但在空載和輕載時會有少量的超前不一樣相電流和超前功率因數(shù)。

綜上所述，備用電源的輸入特征對發(fā)電機的不良影響詳細是諧波電流。會致使中性線電流增大，變壓器和后備發(fā)電機高溫，發(fā)電機輸出電壓失真等。這些問題通常通過配置功率稍大的發(fā)電機就可解決。一般不會出現(xiàn)嚴重的發(fā)電機運轉(zhuǎn)不穩(wěn)情形。

早期的IT裝備電源單元PSU是典型的非線性負荷，因為這種電源吸收的諧波電流很大，輸入電流的THD可達0.5以上。雖然這種PSU的不同相電流不大，但諧波電流引起容量因數(shù)大大下降，一般為容量因數(shù)滯后0.6~0.7。當備用電源工作于旁路方式時，發(fā)電機直接為PSU供電，PSU對發(fā)電機的危害與經(jīng)備用電源供電時的影響大致相同。

現(xiàn)代IT裝置PSU都配置容量調(diào)校器（PFC），大大減少了諧波電流，達到相關(guān)國際標準的要求。容量因數(shù)校正器解除了諧波，但沒有降低不一樣相電流。事實上有配置了功率因數(shù)校正的IT裝備電源PSU比老式IT設(shè)備電源PSU產(chǎn)生的不同相電流更多，而且是超前不同相電流。因此，功率校正器排除了諧波的問題，但產(chǎn)生了更為嚴重的超前不一樣相電流的問題。下面探求此種IT電源是怎樣產(chǎn)生超前不一樣相電流的。

交流輸入端是濾波器康明斯發(fā)電機官方廠家，后面是升壓變換器結(jié)構(gòu)的容量因數(shù)調(diào)校器，其變換頻率為20～200kHz，輸出電壓為400V。最后一級是DC-DC變換器、產(chǎn)生IT裝備需要的12、5、3.3 V等直流電壓。濾波器的功用是避免升壓變換器產(chǎn)生的高頻干擾反饋到大電。濾波器由電感和電容結(jié)構(gòu)，其中電網(wǎng)容Cl是關(guān)鍵元件，就是這個元件出現(xiàn)了超前不一樣相電流。引起容量因數(shù)從1下降到一定數(shù)值超前容量因數(shù)。因為電容C1固定加在輸入端，電容致使的超前不一樣相電流是固定的，與IT設(shè)備的實際消耗的功率（負荷率）無關(guān)。這表明，IT裝備負載減少時，IT裝備電源的容量因數(shù)會隨之下降。因為其有功動力下降了，而超前不一樣相電流保持不變。圖1示出IT設(shè)備電源功率因數(shù)變化曲線。

如果服務(wù)器是雙電源輸入，通過內(nèi)部的2個600W的PSU電源供電，假如服務(wù)器的實際功率為300W （每個電源150W）。2個PSU電源將作業(yè)于圖6中25%的使用點?？梢钥闯龃它c的功率因數(shù)比滿載時的容量因數(shù)低得多。通常說來，電源配置得較大或沒有充分利用時，則每瓦IT負荷的電容就比較大，因此在總負載電流中的超前電抗電流就比較大。

綜上所述，現(xiàn)代IT裝備電源單元PSU是典型的超前功率因數(shù)負荷，會產(chǎn)生反向無功率或超前不同相電流。而后備發(fā)電機組吸收超前無功容量或超前不同相電流的能力非常有限。因此，引起備載發(fā)電機組運行不穩(wěn)甚至關(guān)機的嚴重事故或存在隱患。為此，必須采取高效手段排除這個嚴重問題。

不一樣的IT裝備電源單元PSU的輸入超前不一樣相電流的大小區(qū)別很大，可考慮將PSU的輸入超前電流作為選定IT裝置的依據(jù)之一。PSU出現(xiàn)超前電流的根源是輸入濾波器的電容，對于典型的IT裝置來說，每KW的PSU電源功率一般具有1~10μF的電容范圍，按照輸入電壓和輸入電容可以計算輸入超前電流。建議選型每KW5 μF以下的PSU電源，以保證IT裝置容量達到80%時，輸入超前無功容量仍小于發(fā)電機額定無功容量的20%。

如前所述，在典型的發(fā)電機容量曲線中，發(fā)電機吸收無容量的能力用反向（輸入）無功容量（kVAr）的極限表示，發(fā)電機作業(yè)時的超前無功功率必須小于額定無功容量的20%。也可用超前無功電流極限表示。即發(fā)電機作業(yè)時的超前無功電流必須小于額定無功電流的20%，以避免出現(xiàn)運行不穩(wěn)定的問題。

如前所述，超前無功功率與額定IT電源PSU容量成正比，與實際消耗的IT裝備瓦特數(shù)無關(guān)。因此，相比于IT負載實際需要的電源功率，未充分利用的電源容量或者電源容量超額規(guī)劃部分都會帶來額外的輸入電容。故應(yīng)合理考慮服務(wù)器配置手段的電源利用率，盡量預(yù)防電源功率超額設(shè)計。

目前，大多數(shù)IT設(shè)備都是雙電源輸入負荷。每路電源的容量設(shè)計為：當其中一路電源事故時，另一路電源可以承擔全部IT裝備的供電。任何一路電源應(yīng)能承受突加50%負荷的影響。但每個電源通道的交流輸入始終固定接到其中一路市電/發(fā)電機交流配電線路，因此，在這種程序下，即使負載容量加倍，但負載的電容不會改變。但是，如果上游配電電路采用母聯(lián)分段方式（cross tie），母聯(lián)開關(guān)閉合時，其中一路市電/發(fā)電機配電線個電源通道的全部電源設(shè)備，這將導(dǎo)致該路市電/發(fā)電機配電線路的電容加倍，因此超前電流加倍。從而對發(fā)電機造成嚴重影響。故而，應(yīng)考慮預(yù)防上游配電電路采用母聯(lián)分段方法康明斯柴油發(fā)電機官網(wǎng)。

如果發(fā)現(xiàn)運行中的參數(shù)中心的超前無功容量較大，可能威脅發(fā)電機的安全運轉(zhuǎn)，可以考慮裝配電感負載箱解決。電感負載箱裝配在發(fā)電機輸出母線上，可以提供固定量的滯后不一樣相電流，以抵消IT裝備發(fā)生的超前不一樣相電流。這類似于常規(guī)電路中感性負載較多導(dǎo)致功率因數(shù)下降時，用電容進行容量因數(shù)補償?？梢圆捎脦ё詣娱_關(guān)的電感負載箱，根據(jù)需要加上和撤除電感負荷箱。

SVG是典型的電力電子設(shè)備，可用于動態(tài)補償無功容量。裝置處于感性時，SVG發(fā)出容性電流；裝置處于容性時，SVG發(fā)出感性電流，以抵消與之相反的無功電流。SVG還可以抑制諧波電流。故采用SVG可以有效地抑制IT 設(shè)備電源PSU產(chǎn)生的超前（容性）電流。

對于相同的柴油發(fā)電機組，發(fā)電機的容量越大，其帶容性負荷能力將更強。由于數(shù)據(jù)中心項目中容性負載存在，因此在選型參數(shù)中心發(fā)電機組時，發(fā)電機容量將會是非常重要的參數(shù)之一。注：發(fā)電機功率數(shù)據(jù)與發(fā)電機溫升息息相關(guān)，只有在相同溫升因素下比較發(fā)電機功率才有意義。不一樣溫升情況下將不能比較發(fā)電機容量的大小。

在布置裝配柴發(fā)機組時，應(yīng)當充分保證機房冷空氣的流動，能夠有效快速地冷卻發(fā)電機；從發(fā)電機布置和生產(chǎn)的角度，發(fā)電機應(yīng)是通過提升空氣冷卻發(fā)電機散熱效率的通風組成和方法，使冷卻空氣從發(fā)電機的若干個進風口進入定子和轉(zhuǎn)子之間的氣隙，再經(jīng)過由鐵芯與繞組的間隙形成的通風道，進入導(dǎo)流板與鐵芯背面之間形成的扁平流道，之后流入發(fā)電機內(nèi)部空腔，再經(jīng)由出風口流出。

柴發(fā)機組在帶動容性負荷時，容性負載將會產(chǎn)生勵磁電流，容性負載越大，超前功率因數(shù)越小，其發(fā)生助磁電流越大。

通過無功補償策略來調(diào)節(jié)容性負載容量因數(shù)，使之向功率因數(shù)1靠近。容量因數(shù)的提高，將大大提高發(fā)電機組實載能力。