摘要：數(shù)據(jù)中心的后備發(fā)電機(jī)組承受超前無功功率的能力非常有限，當(dāng)輸入無功功率大于額定無功功率的20%時(shí)，就可能產(chǎn)生運(yùn)轉(zhuǎn)不穩(wěn)，甚至過壓關(guān)機(jī)。數(shù)據(jù)中心IT設(shè)備電源配置了容量因數(shù)調(diào)校器和大容量濾波器電容，會產(chǎn)生大量超前電抗電流。這種超前功率因數(shù)負(fù)載對大電不會造成嚴(yán)重不好影響，卻是引起發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)不穩(wěn)的主要原由。關(guān)注和解析潛在的發(fā)電機(jī)不穩(wěn)現(xiàn)象是必要的，采取有效的預(yù)防辦法是重要的。

參數(shù)中心的供電裝置由三級電源構(gòu)成，第一級是市電/后備發(fā)電機(jī)，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裝置的電源單元PSU，PSU為IT裝置供應(yīng)各種電壓等級的直流電源。在正常情況下，備用電源是電網(wǎng)/備用發(fā)電機(jī)的負(fù)荷，IT設(shè)備的PSU是備用電源的負(fù)載。當(dāng)備用電源工作于旁路步驟時(shí)，市電/后備發(fā)電機(jī)直接為IT設(shè)備PSU供電。因此，備用電源和IT裝置PSU的輸入功率因數(shù)或電流的相位，都會影響發(fā)電機(jī)運(yùn)行性能。

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%。諧波電流導(dǎo)致容量因數(shù)下降，功率因數(shù)一般為0.8左右。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(shí)輸入功率因數(shù)接近1，基礎(chǔ)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(shí)會有少量的超前不同相電流和超前容量因數(shù)。

綜上所述，備用電源的輸入特征對發(fā)電機(jī)的不佳危害具體是諧波電流。會引起中性線電流增大，變壓器和備用發(fā)電機(jī)過熱，發(fā)電機(jī)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(jī)就可解決。通常不會產(chǎn)生嚴(yán)重的發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)不穩(wěn)情形。

早期的IT設(shè)備電源單元PSU是典型的非線性負(fù)荷，由于這種電源吸收的諧波電流很大，輸入電流的THD可達(dá)0.5以上。雖然這種PSU的不一樣相電流不大，但諧波電流導(dǎo)致功率因數(shù)大大下降，通常為功率因數(shù)滯后0.6~0.7。當(dāng)備用電源作業(yè)于旁路步驟時(shí)，發(fā)電機(jī)直接為PSU供電，PSU對發(fā)電機(jī)的危害與經(jīng)備用電源供電時(shí)的危害大致相同。

現(xiàn)代IT裝置PSU都配置功率調(diào)校器（PFC），大大減少了諧波電流，達(dá)到相關(guān)國際標(biāo)準(zhǔn)的要求。容量因數(shù)校正器排除了諧波，但沒有減輕不一樣相電流。事實(shí)上有配置了功率因數(shù)校正的IT設(shè)備電源PSU比老式IT設(shè)備電源PSU發(fā)生的不同相電流更多，而且是超前不同相電流。因此，功率校正器解決了諧波的問題，但出現(xiàn)了更為嚴(yán)重的超前不同相電流的問題。下面討論此種IT電源是怎生發(fā)生超前不一樣相電流的。

交流輸入端是濾波器，后面是升壓變換器組成的功率因數(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、發(fā)生IT裝備需要的12、5、3.3 V等直流電壓。濾波器的用途是預(yù)防升壓變換器產(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)，其中市電容Cl是關(guān)鍵元件，就是這個(gè)元件產(chǎn)生了超前不一樣相電流。導(dǎo)致容量因數(shù)從1下降到一定數(shù)值超前功率因數(shù)。因?yàn)殡娙軨1固定加在輸入端，電容導(dǎo)致的超前不一樣相電流是固定的，與IT設(shè)備的實(shí)際消耗的功率（負(fù)載率）無關(guān)。這表明，IT裝備負(fù)載減少時(shí)，IT設(shè)備電源的容量因數(shù)會隨之下降。因?yàn)槠溆泄β什蛔懔耍安灰粯酉嚯娏鞅３植蛔儭D1示出IT裝備電源容量因數(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(gè)600W的PSU電源供電，假如服務(wù)器的實(shí)際功率為300W （每個(gè)電源150W）。2個(gè)PSU電源將作業(yè)于圖6中25%的使用點(diǎn)。可以看出此點(diǎn)的功率因數(shù)比滿載時(shí)的功率因數(shù)低得多。通常說來，電源配置得較大或沒有充分利用時(shí)，則每瓦IT負(fù)載的電容就比較大，因此在總負(fù)荷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是典型的超前容量因數(shù)負(fù)荷，會發(fā)生反向無功率或超前不同相電流。而備用發(fā)電機(jī)組吸收超前無功功率或超前不同相電流的能力非常有限。因此，致使備用發(fā)電機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)不穩(wěn)甚至關(guān)機(jī)的嚴(yán)重故障或存在隱患。為此，必須采取高效方案清除這個(gè)嚴(yán)重問題。

不同的IT設(shè)備電源單元PSU的輸入超前不一樣相電流的大小差別很大，可考慮將PSU的輸入超前電流作為購買IT裝備的依據(jù)之一。PSU產(chǎn)生超前電流的根源是輸入濾波器的電容，對于典型的IT設(shè)備來說，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(jì)算輸入超前電流。建議選取每KW5 μF以下的PSU電源，以保證IT設(shè)備功率達(dá)到80%時(shí)，輸入超前無功容量仍小于發(fā)電機(jī)額定無功容量的20%。

如前所述，在典型的發(fā)電機(jī)容量曲線中，發(fā)電機(jī)吸收無功率的能力用反向（輸入）無功功率（kVAr）的極限表示，發(fā)電機(jī)工作時(shí)的超前無功容量必須小于額定無功功率的20%。也可用超前無功電流極限表示。即發(fā)電機(jī)作業(yè)時(shí)的超前無功電流必須小于額定無功電流的20%，以防范發(fā)生運(yùn)轉(zhuǎn)不穩(wěn)定的問題。

如前所述，超前無功功率與額定IT電源PSU功率成正比，與實(shí)際消耗的IT裝置瓦特?cái)?shù)無關(guān)。因此，相比于IT負(fù)載實(shí)際需要的電源容量，未充分利用的電源功率或者電源容量超額布置部分都會帶來額外的輸入電容。故應(yīng)合理考慮服務(wù)器配置舉措的電源利用率，盡量預(yù)防電源功率超額布置。

目前，大多數(shù)IT裝置都是雙電源輸入負(fù)荷。每路電源的功率設(shè)計(jì)為：當(dāng)其中一路電源事故時(shí)，另一路電源可以承擔(dān)全部IT裝備的供電。任何一路電源應(yīng)能承受突加50%負(fù)載的危害。但每個(gè)電源通道的交流輸入始終固定接到其中一路大電/發(fā)電機(jī)交流配電線路，因此，在這種步驟下，即使負(fù)載功率加倍，但負(fù)載的電容不會改變。但是，如果上游配電電路采用母聯(lián)分段步驟（cross tie），母聯(lián)開關(guān)閉合時(shí)，其中一路市電/發(fā)電機(jī)配電線個(gè)電源通道的全部電源裝備，這將致使該路電網(wǎng)/發(fā)電機(jī)配電線路的電容加倍，因此超前電流加倍。從而對發(fā)電機(jī)造成嚴(yán)重影響。于是，應(yīng)考慮避免上游配電電路采用母聯(lián)分段步驟。

如果發(fā)現(xiàn)運(yùn)轉(zhuǎn)中的數(shù)據(jù)中心的超前無功容量較大，可能威脅發(fā)電機(jī)的安全運(yùn)轉(zhuǎn)，可以考慮裝配電感負(fù)荷箱排除。電感負(fù)荷箱裝配在發(fā)電機(jī)輸出母線上，可以提供固定量的滯后不同相電流，以抵消IT設(shè)備產(chǎn)生的超前不一樣相電流。這類似于常規(guī)電路中感性負(fù)載較多引起功率因數(shù)下降時(shí)，用電容進(jìn)行容量因數(shù)補(bǔ)償。可以采用帶自動開關(guān)的電感負(fù)荷箱，根據(jù)需要加上和撤除電感負(fù)載箱。

SVG是典型的電力電子設(shè)備，可用于動態(tài)補(bǔ)償無功功率。系統(tǒng)處于感性時(shí)，SVG發(fā)出容性電流；系統(tǒng)處于容性時(shí)，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可以高效地抑制IT 設(shè)備電源PSU發(fā)生的超前（容性）電流。

對于相同的柴發(fā)機(jī)組，發(fā)電機(jī)的功率越大，其帶容性負(fù)載能力將更強(qiáng)。因?yàn)閰?shù)中心項(xiàng)目中容性負(fù)載存在，因此在選型參數(shù)中心發(fā)電機(jī)組時(shí)，發(fā)電機(jī)功率將會是非常重要的數(shù)據(jù)之一。注：發(fā)電機(jī)容量參數(shù)與發(fā)電機(jī)溫升息息相關(guān)，只有在相同溫升要素下比較發(fā)電機(jī)容量才有意義。不同溫升狀況下將不能比較發(fā)電機(jī)容量的大小。

在規(guī)劃安裝柴油發(fā)電機(jī)組時(shí)，應(yīng)該充分保證機(jī)房冷空氣的流動，能夠有效快速地冷卻發(fā)電機(jī)；從發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的角度，發(fā)電機(jī)應(yīng)是通過提高空氣冷卻發(fā)電機(jī)散熱效率的通風(fēng)組成和方式，使冷卻空氣從發(fā)電機(jī)的若干個(gè)進(jìn)風(fēng)口進(jìn)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(fēng)道，進(jìn)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(jī)內(nèi)部空腔，再經(jīng)由出風(fēng)口流出。

柴油發(fā)電機(jī)組在帶動容性負(fù)荷時(shí)，容性負(fù)載將會產(chǎn)生勵(lì)磁電流，容性負(fù)荷越大，超前功率因數(shù)越小，其發(fā)生助磁電流越大。

通過無功補(bǔ)償措施來調(diào)節(jié)容性負(fù)荷容量因數(shù)，使之向容量因數(shù)1靠近。容量因數(shù)的提升，將大大提升發(fā)電機(jī)組帶載能力。