数据机房对发电机组的要求

随着IT技术的开展，各行业的事务都离不开数据中心的建造，其间通讯、金融、中大型企业和政府部门的IDC中心建造规模和数量也在迅速添加。确保IDC中心的设备安全运转时，往往要选用大功率UPS和柴油发电机组组成安全的供电体系。一般实现办法是发电机作为市电的备用电源，在断电的情况下，由主动转化开关（ATS）将UPS、机房专用空调、应急照明等设备的输入由市电切换到发电机，防止UPS后备电池耗尽引起体系供电中断。该体系不但要求发电机组主动化程度高，更要求发电机必须习惯UPS这一非线性负载的特性，使其在无市电的情况下确保UPS对负载可靠供电。许多行业机房管理办法中明确提出机房须装备备用发电机，要求其规划容量须能够满足机房设备正常运转要求，并有适当余量。但在实践选配和运用发电机过程中，因为发电机容量不足或保护不妥，会呈现真实市电停电时，发电机却不能正常作业的情况，本文就大型数据中心机房供电体系中发电机组选配、与UPS的匹配关系、发电机的运用保护要求做一扼要介绍，以期用户在选购、配套柴油发电机组时作为参考。

 
　　 
　　1、大型数据中心机房对发电机组的要求 
　　 
　　发电机是把机械能转化为沟通电能的转化设备。当时，性能优良的柴油发电机是一个功能完善、功率容量规模大、对环境和场地条件要求低、安装运用方便的小型发电设备，运用相对广泛，输出容量从几KVA到几兆VA。柴油发电机组主体主要由发动机、发电机和控制体系三部分组成。其间与现代柴油发电机组配套的同步沟通发电机因为性能及结构的特色，遍及选用自励恒压型式，一般选用自激式同步沟通发电机和PMG(永磁式)鼓励式同步沟通发电机。发电机组的主要性能参数应满足： 
　　 
　　① 电压调整率：当负载功率因数0.8（滞后）～1、负载空载至满载改变、从冷机到满机及转速跌落4.5％以内等情况下，电压调整率可以控制在±1％以内； 
　　 
　　② 频率调整率：负载从0～100％规模内，频率安稳不变； 
　　 
　　③ 随机频率动摇：负载从0～100％功率任何值，随机频率动摇率最大值为±0.25％； 
　　 
　　④ 电压波形：电路开路（空载），最大总波形畸变1.5％，三相平衡负载最大总波形畸变为5％。 
　　 
　　2、发电机组在运用中容易发作的问题 
　　 
　　大型数据中心机房一般选用“市电－发电机－UPS并机体系”组成的供电体系。一般前级供电体系的容量应该在满足后级用电设备的容量基础上保留10％～20％裕量。UPS体系前级所需柴油发电机组的容量，实践上需求考虑的便是UPS输出满载、UPS体系功率、UPS对电池组的充电功率（油机发动前UPS发动电池放电，需弥补能量）、UPS的输入功率因数等。举例来说，100KVA的UPS，满载输出80kw，功率假定取93％，充电功率为UPS额外容量的15％～25％，输入功率因数0.83，则所需柴油发电机组的容量为：80KW÷93％X1.25÷0.83＝130KVA，保有部分裕量后，可选择150KVA左右的柴油发电机组。但实践上，这并不能确保停电后柴油发电机组能够顺利发动并向UPS供电。一起因为大型数据中心机房供电体系中的发电机负载还包含机房专用空调、应急照明、消防电梯等，这些负载发动或运转时都会对发电机引起振动和搅扰。当组成“市电－发电机－UPS”供电体系时，尽管发电机的负载量在它的额外输出容量规模内，市电中断后，在发电机投入运转过程中却常常发现作业不安稳，发作多种使发电机－UPS体系不能正常作业的现象，具体表现为： 
　　 
　　（1） 负载反馈的动摇电压，形成发电机的输出电压安稳度很差，常呈现发电机组输出电压振动。UPS整流器答应的输入电压规模一般在±15％或更宽，发电机的输出电压不安稳相对来说影响较小； 
　　 
　　（2） UPS整流器的输入谐波形成多个过零点； 
　　 
　　（3） 发电机的频率（转速）振动：一般情况下，频率振动比电压、电流振动规模小，但影响比较大，导致UPS处于频繁切换及非正常作业状态。频率振动一般在±5％以内，发电机组因为负载有规律的忽大忽小，形成其作业也忽强忽弱，机组振动加剧，加速机械磨损，甚至机件严峻损坏。频率振动最显着特征之一，即柴油机作业噪声有规律的忽大忽小，因而必须引起高度重视。 
　　 
　　（4）UPS作业不正常：空调压缩机发动和电梯升降的瞬间会导致发电机发作±5HZ频率漂移，形成UPS频繁切换，当频率、电压振动改变超出UPS输入作业规模时，UPS由蓄电池供电，而发电机在无UPS负载时恢复正常，随即UPS又主动投入以至交织进行。频率漂移会对UPS正常运转发作两方面影响： 
　　 
　　①不能旁路。在旁路电源的频率和电压处于答应的规模内，UPS的逆变器输出盯梢旁路电源，逆变电源与旁路电源锁相、同步。当旁路电源由发电机供给时，频率会发作快速的改变，当频率改变超出预先设定的极限值时，逆变器频率改变就跟不上旁路电源的频率改变。这时静态旁路开关将制止切换到旁路（在这种情况下切换，有或许形成逆变器过流、短路）。在这种旁路电源频率无法盯梢的情况下，UPS只会发出警示性告警，逆变器仍持续供给电源给负载。 
　　 
　　②电池寿数缩短。前面提到瞬间的大负载动摇或许导致发电机频率发作±5Hz的漂移，这将导致SCR（可控硅）整流器的驱动信号与输入沟通电失去同步，形成整流器封闭。在整流器重新发动进入正常作业期间，UPS转为电池供电，如此过分地放电循环，将显着缩短电池寿数，更严峻的情形会将电池能量悉数放光，中断电源输出。 
　　 
　　3、发电机运转不安稳原因剖析 
　　 
　　在“市电－发电机－UPS”供电体系中，因为UPS电路结构决议了其输入非线性的特性，最典型的是传统双改换在线式UPS，因为其输入端AC/DC改换器是整流滤波电路，它的输入电流是脉动电流，不仅输入功率因数低（0.7～0.8），还包含很多的高次谐波电流（30％～40％），而低输入功率因数和谐波电流都会通过发电机定子线圈的感性内阻，因为发电机组定子线圈内阻大于电力变压器的短路阻抗,因而发电机更易遭到非线性负载的影响，即在相同的负载电流波形失真度（THDI）情况下,其电压波形失真度（THDU）大于变压器；一起UPS的谐波电流使发电机损耗显着增大（磁滞损耗正比于电流频率，涡流损耗正比于电流频率的平方，以及导线的电流趋肤效应）,并使得发电机的输出电压波形失真度显着增大，严峻影响发电机的正常作业。 
　　 
　　另外，负载的阶跃改变、UPS前端的滤波器供给的容性电流都是形成发电机组不能正常作业的主要原因。 
　　 
　　例如某机房配置的发电机与双改换在线式UPS并机体系，测量发现发电机带载时负荷率达到70％、UPS输入端电流波形失真度4.8％、发电机负载功率因数为容性超前0.93时，发电机带载时UPS会有“旁路电源相位超限,体系降级运转,旁路不可用”等警示性报警信息,一起发电机无功功率显现数据改变较大。