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集裝箱式數(shù)據(jù)中心柴油發(fā)電機組的選擇

發(fā)布時間:2017-7-13

通過分析集裝箱式數(shù)據(jù)中心負荷的特點及柴油發(fā)電機組功率特性以及相關(guān)規(guī)范的研究,提出了集裝箱式數(shù)據(jù)中心柴油發(fā)電機組功率選型方式。 
  1 引言 
  模塊化集裝箱式數(shù)據(jù)中心是一種新興的數(shù)據(jù)中心建設(shè)模式,將整個數(shù)據(jù)中心分為若干個獨立集裝箱.各集裝箱內(nèi)設(shè)備的規(guī)模、功率負載、配置等均按照統(tǒng)一標準進行設(shè)計。隨著業(yè)務需求的變化,不斷增加獨立模塊,從而實現(xiàn)快速建設(shè)。 
  近年來,隨著客戶需求的不斷提高,對數(shù)據(jù)中心機房硬件方面的要求也越來越嚴格。其中,提供高度可靠的電力供應,成為*條件之一。為做到這一點,數(shù)據(jù)中心通常都由兩路獨立市電供電,同時由 UPS 和柴油發(fā)電機組配合,為關(guān)鍵設(shè)備提供市電中斷時的備用電源。其中UPS依靠備用電池組提供短時斷電的后備保證,而較長時間的市電中斷,則依靠柴油發(fā)電機組來提供電源。因此,柴油發(fā)電機組的正確選用,對數(shù)據(jù)中心的高可用性至關(guān)重要。 
  2 柴油發(fā)電機組的選用 
  針對上述應用特點,我們可以從設(shè)計階段開始,就做出針對性的安排,以在經(jīng)濟合理的前提下,zui大程度地提高其可靠性。 
  2.1 發(fā)電機組額定容量的選擇 
  在選擇發(fā)電機組容量時,首先需要確定的問題是機組的功率定義。按照國標 GB/T2820(等效于 ISO8528),機組的功率定額分三種,即持續(xù)功率(COP)、基本功率(PRP)、*運行功率(LTP)以及應急備用功率(ESP)。 
  對集裝箱式數(shù)據(jù)中心來說,通常都有兩路市電供電,市電的可靠性非常高,所備柴油發(fā)電機組年運行時間不可能超過500h,因此,在確定機組功率定額時,應按*運行功率來選擇。 
  2.2 UPS對柴油發(fā)電機組的影響 
  發(fā)電機組所帶負載中,如果非線性負載小于其額定功率的 25% 時,可以不必特別考慮其影響。而內(nèi)以數(shù)據(jù)中心內(nèi)以UPS為主的非線性負載,已經(jīng)占到了機組額定功率的 40% 甚至更高,因此在設(shè)計柴油發(fā)電機組時,必須充分考慮 UPS 的因素。UPS 對柴油發(fā)電機組的影響主要體現(xiàn)在兩方面: 
  2.2.1 諧波 
  盡管現(xiàn)在的 UPS在引入了輸入濾波器后,已經(jīng)很大程度上控制了諧波電流,但是在發(fā)電機組供電時,因其容量遠小于市電,相對而言存在比較大的內(nèi)阻,當UPS整流器的諧波電流注入到同步發(fā)電機定于繞組中時,會使交流輸出電壓產(chǎn)生畸變。這種畸變嚴重時就可能影響發(fā)電機組本身,如調(diào)壓系統(tǒng)和/或控制系統(tǒng)的正常工作、定子線圈的過熱等,也可能影響其后續(xù)設(shè)備如 UPS 的正常工作。 
  解決方案除了選用輸入諧波電流小的 UPS(如12脈沖整流或高頻整流)外,在機組的選擇上,可采取的相應措施包括: 
 ?。?)發(fā)電機勵磁系統(tǒng)采用永磁勵磁,以保證調(diào)壓器供電的穩(wěn)定。采用永磁勵磁,保證了調(diào)壓器的電源與發(fā)電機負載無關(guān),可以有效地避免因諧波電流對主磁場的擾動而對調(diào)壓器的電源供應產(chǎn)生的不利影響。 
 ?。?)調(diào)壓器必須采用三相均方根(RMS)檢測輸出電壓,必要時檢測回路加隔離變壓器或低通濾波器。由于諧波電流的存在,很顯然單相檢測可能導致調(diào)壓器誤調(diào)節(jié)。均方根(RMS)值也叫有效值,采用RMS 檢測,能有效地反應出總電流的發(fā)熱能力,比其他檢測方式如平均值等檢測,能更準確地體現(xiàn)實際電流的效果。 
 ?。?)增大發(fā)電機容量。這是一種目前廣泛采用的行之有效的解決發(fā)電機組與 UPS 兼容問題的方法。增大容量的實質(zhì),是通過降低發(fā)電機的內(nèi)阻,從而弱化諧波電流的不利影響。注意由于負載的有功功率并不增大,因此柴油機功率并不需要放大,而僅選用較大容量的發(fā)電機,即俗稱的“小馬拉大車”方式。 
  2.2.2 容性輸入特性 
  隨著輸入濾波器的應用,UPS輸入功率因數(shù)提高,輸入諧波電流失真度(THDI)降低,這是一個很好的改進。但是,這種 UPS 在空載或輕載的時候,輸入特性呈容性,且功率因數(shù)非常低,甚至接近于理想的容性負載,此時發(fā)電機組的運行可能會產(chǎn)生問題。 
  盡管這種因UPS空載或低載時的容性特性而產(chǎn)生的問題并不必然發(fā)生,在設(shè)計時仍應盡可能的避免這種情況的發(fā)生。首先是在 UPS的容量及使用方式選擇上,應盡量避免使其工作在空載或低載狀態(tài);其次,在機組投入使用時,應考慮優(yōu)先投入感性負載,如空調(diào)等,由于UPS 可由蓄電池維持一段時間,這一點并不難做到。 
  3 其他需考慮的問題 
  確定了機組容量、數(shù)量、運行方式、技術(shù)要求等因素后,在設(shè)計階段,還應注意以下幾個問題。 
 ?。?)集裝箱式數(shù)據(jù)中心一般采用*箱式油機,應考慮采用*箱對油機運行容量的影響,一般要求不得超過油機額定容量的5%。 
 ?。?)發(fā)電機組應能實現(xiàn)全自動運行,即市電故障后自動起動,自動投入,市電恢復后自動退出。機組的控制器應具備 RS232/485 通訊接口,并采用標準Modbus 通訊協(xié)議,以便實現(xiàn)第三方集中監(jiān)控。 
 ?。?)電池的充電器應為全自動均充/浮充充電器,并具備故障報警功能,以方便遠程監(jiān)控。在寒冷的地區(qū),通常都應配備自動溫控冷卻液加熱器,以使機組始終保持在適宜的溫度,保證隨時順利起動。 
 ?。?)機組應就近布置日用油箱。 
  4 結(jié)束語 
  集裝箱式數(shù)據(jù)中心柴油發(fā)電機的選擇關(guān)鍵在于柴油發(fā)電機與UPS負載的容量匹配。UPS 與柴油發(fā)電機容量較為接近時,兩者間匹配問題十分突出,需從 UPS 的運行工況、整流方式和柴油發(fā)電機組的工作方式、勵磁方式、額定功率等方面對柴油發(fā)電機組和UPS進行合理選型,實現(xiàn)兩者間有效的匹配工作,以保證平臺電力系統(tǒng)的穩(wěn)定、可靠、連續(xù)運行。 

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