提高柴油发电机容量较高效的程序

摘要：参数中心的备载发电机组承受超前无功容量的能力非常有限，当输入无功功率大于额定无功容量的20%时，就可能产生运转不稳，甚至过压关机。参数中心IT装置电源配置了容量因数调校器和大容量滤波器电容，会发生大量超前电抗电流。这种超前功率因数负载对市电不会造成严重不佳危害，却是导致发电机运转不稳的详细缘由。关注和解说潜在的发电机不稳情形是必要的，采取高效的避免对策是重要的。

数据中心的供电装置由三级电源结构，第一级是大电/备用发电机，这是数据中心的交流输入电源。第二级是备用电源，备用电源的作用是保证不间断供电。第三级是IT装备的电源单元PSU，PSU为IT装备供应各种电压等级的直流电源。在正常状况下，备用电源是大电/后备发电机的负荷，IT设备的PSU是备用电源的负荷。当备用电源工作于旁时间序时，电网/备用发电机直接为IT设备PSU供电。因此，备用电源和IT设备PSU的输入容量因数或电流的相位，都会影响发电机运转性能。

在数据中心应用较多的备用电源是双变换备用电源。传统双变换备用电源是有变压器的备用电源（也称为工频备用电源），新型双变换备用电源是无变压器备用电源（也称为高频备用电源）。工频双变换备用电源采用SCR相控整流器，其脉冲式交流输入电流包含大量的谐波电流，采用6脉冲整流器的双变换备用电源的输入电流总谐波失线脉冲整流器的双变换备用电源的输入电流总谐波失线%。谐波电流致使容量因数下降，功率因数一般为0.8左右重庆康明斯官网。传统双变换备用电源输入电流是滞后的。

高频双变换备用电源采用IGBT整流器，满载时输入功率因数接近1，基本没有谐波电流。输入电流的相位是滞后的。但在空载和轻载时会有少量的超前不一样相电流和超前功率因数。

综上所述，备用电源的输入特征对发电机的不良影响详细是谐波电流。会致使中性线电流增大，变压器和后备发电机高温，发电机输出电压失真等。这些问题通常通过配置功率稍大的发电机就可解决。一般不会出现严重的发电机运转不稳情形。

早期的IT装备电源单元PSU是典型的非线性负荷，因为这种电源吸收的谐波电流很大，输入电流的THD可达0.5以上。虽然这种PSU的不同相电流不大，但谐波电流引起容量因数大大下降，一般为容量因数滞后0.6~0.7。当备用电源工作于旁路方式时，发电机直接为PSU供电，PSU对发电机的危害与经备用电源供电时的影响大致相同。

现代IT装置PSU都配置容量调校器（PFC），大大减少了谐波电流，达到相关国际标准的要求。容量因数校正器解除了谐波，但没有降低不一样相电流。事实上有配置了功率因数校正的IT装备电源PSU比老式IT设备电源PSU产生的不同相电流更多，而且是超前不同相电流。因此，功率校正器排除了谐波的问题，但产生了更为严重的超前不一样相电流的问题。下面探求此种IT电源是怎样产生超前不一样相电流的。

交流输入端是滤波器康明斯发电机官方厂家，后面是升压变换器结构的容量因数调校器，其变换频率为20～200kHz，输出电压为400V。最后一级是DC-DC变换器、产生IT装备需要的12、5、3.3 V等直流电压。滤波器的功用是避免升压变换器产生的高频干扰反馈到大电。滤波器由电感和电容结构，其中电网容Cl是关键元件，就是这个元件出现了超前不一样相电流。引起容量因数从1下降到一定数值超前容量因数。因为电容C1固定加在输入端，电容致使的超前不一样相电流是固定的，与IT设备的实际消耗的功率（负荷率）无关。这表明，IT装备负载减少时，IT装备电源的容量因数会随之下降。因为其有功动力下降了，而超前不一样相电流保持不变。图1示出IT设备电源功率因数变化曲线。

如果服务器是双电源输入，通过内部的2个600W的PSU电源供电，假如服务器的实际功率为300W （每个电源150W）。2个PSU电源将作业于图6中25%的使用点。可以看出此点的功率因数比满载时的容量因数低得多。通常说来，电源配置得较大或没有充分利用时，则每瓦IT负荷的电容就比较大，因此在总负载电流中的超前电抗电流就比较大。

综上所述，现代IT装备电源单元PSU是典型的超前功率因数负荷，会产生反向无功率或超前不同相电流。而后备发电机组吸收超前无功容量或超前不同相电流的能力非常有限。因此，引起备载发电机组运行不稳甚至关机的严重事故或存在隐患。为此，必须采取高效手段排除这个严重问题。

不一样的IT装备电源单元PSU的输入超前不一样相电流的大小区别很大，可考虑将PSU的输入超前电流作为选定IT装置的依据之一。PSU出现超前电流的根源是输入滤波器的电容，对于典型的IT装置来说，每KW的PSU电源功率一般具有1~10μF的电容范围，按照输入电压和输入电容可以计算输入超前电流。建议选型每KW5 μF以下的PSU电源，以保证IT装置容量达到80%时，输入超前无功容量仍小于发电机额定无功容量的20%。

如前所述，在典型的发电机容量曲线中，发电机吸收无容量的能力用反向（输入）无功容量（kVAr）的极限表示，发电机作业时的超前无功功率必须小于额定无功容量的20%。也可用超前无功电流极限表示。即发电机作业时的超前无功电流必须小于额定无功电流的20%，以避免出现运行不稳定的问题。

如前所述，超前无功功率与额定IT电源PSU容量成正比，与实际消耗的IT装备瓦特数无关。因此，相比于IT负载实际需要的电源功率，未充分利用的电源容量或者电源容量超额规划部分都会带来额外的输入电容。故应合理考虑服务器配置手段的电源利用率，尽量预防电源功率超额设计。

目前，大多数IT设备都是双电源输入负荷。每路电源的容量设计为：当其中一路电源事故时，另一路电源可以承担全部IT装备的供电。任何一路电源应能承受突加50%负荷的影响。但每个电源通道的交流输入始终固定接到其中一路市电/发电机交流配电线路，因此，在这种程序下，即使负载容量加倍，但负载的电容不会改变。但是，如果上游配电电路采用母联分段方式（cross tie），母联开关闭合时，其中一路市电/发电机配电线个电源通道的全部电源设备，这将导致该路市电/发电机配电线路的电容加倍，因此超前电流加倍。从而对发电机造成严重影响。故而，应考虑预防上游配电电路采用母联分段方法康明斯柴油发电机官网。

如果发现运行中的参数中心的超前无功容量较大，可能威胁发电机的安全运转，可以考虑装配电感负载箱解决。电感负载箱装配在发电机输出母线上，可以提供固定量的滞后不一样相电流，以抵消IT装备发生的超前不一样相电流。这类似于常规电路中感性负载较多导致功率因数下降时，用电容进行容量因数补偿。可以采用带自动开关的电感负载箱，根据需要加上和撤除电感负荷箱。

SVG是典型的电力电子设备，可用于动态补偿无功容量。装置处于感性时，SVG发出容性电流；装置处于容性时，SVG发出感性电流，以抵消与之相反的无功电流。SVG还可以抑制谐波电流。故采用SVG可以有效地抑制IT 设备电源PSU产生的超前（容性）电流。

对于相同的柴油发电机组，发电机的容量越大，其带容性负荷能力将更强。由于数据中心项目中容性负载存在，因此在选型参数中心发电机组时，发电机容量将会是非常重要的参数之一。注：发电机功率数据与发电机温升息息相关，只有在相同温升因素下比较发电机功率才有意义。不一样温升情况下将不能比较发电机容量的大小。

在布置装配柴发机组时，应当充分保证机房冷空气的流动，能够有效快速地冷却发电机；从发电机布置和生产的角度，发电机应是通过提升空气冷却发电机散热效率的通风组成和方法，使冷却空气从发电机的若干个进风口进入定子和转子之间的气隙，再经过由铁芯与绕组的间隙形成的通风道，进入导流板与铁芯背面之间形成的扁平流道，之后流入发电机内部空腔，再经由出风口流出。

柴发机组在带动容性负荷时，容性负载将会产生励磁电流，容性负载越大，超前功率因数越小，其发生助磁电流越大。

通过无功补偿策略来调节容性负载容量因数，使之向功率因数1靠近。容量因数的提高，将大大提高发电机组实载能力。