柴油发电机组在大型数据中心机房的配置

随着IT技术的发展，各行业的业务都离不开数据中心的建设，其中通信、金融、中大型企业和政府部门的IDC中心建设规模和数量也在迅速增加。保证IDC中心的设备安全运行时，往往要采用大功率UPS和柴油发电机组组成安全的供电系统。一般实现方法是发电机作为市电的备用电源，在断电的情况下，由自动转换开关（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后备电池耗尽引起系统供电中断。该系统不但要求发电机组自动化程度高，更要求发电机必须适应UPS这一非线性负载的特性，使其在无市电的情况下保证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配备备用发电机，要求其设计容量须能够满足机房设备正常运行要求，并有适当余量。但在实际选配和使用发电机过程中，由于发电机容量不足或维护不当，会出现真正市电停电时，发电机却不能正常工作的情况，本文就大型数据中心机房供电系统中发电机组选配、与UPS的匹配关系、发电机的使用维护要求做一简要介绍，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换为交流电能的转换设备。当前，性能优良的柴油发电机是一个功能完善、功率容量范围大、对环境和场地条件要求低、安装使用方便的小型发电设备，使用相对广泛，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、发电机和控制系统三部分组成。其中与现代柴油发电机组配套的同步交流发电机由于性能及结构的特点，普遍采用自励恒压型式，通常选用自激式同步交流发电机和PMG(永磁式)激励式同步交流发电机。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、负载空载至满载变化、从冷机到满机及转速下跌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％范围内，频率稳定不变； 
③ 随机频率波动：负载从0～100％功率任何值，随机频率波动率最大值为±0.25％；  

2、发电机组在使用中容易产生的问题 
大型数据中心机房一般采用“市电－发电机－UPS并机系统”组成的供电系统。通常前级供电系统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系统前级所需柴油发电机组的容量，实际上需要考虑的就是UPS输出满载、UPS系统效率、UPS对电池组的充电功率（油机启动前UPS启动电池放电，需补充能量）、UPS的输入功率因数等。举例来说，100KVA的UPS，满载输出80kw，效率假设取93％，充电功率为UPS额定容量的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。但实际上，这并不能保证停电后柴油发电机组能够顺利启动并向UPS供电。同时由于大型数据中心机房供电系统中的发电机负载还包括机房专用空调、应急照明、消防电梯等，这些负载启动或运行时都会对发电机引起振荡和干扰。当组成“市电－发电机－UPS”供电系统时，尽管发电机的负载量在它的额定输出容量范围内，市电中断后，在发电机投入运行过程中却经常发现工作不稳定，产生多种使发电机－UPS系统不能正常工作的现象，具体表现为： 
（1） 负载反馈的波动电压，造成发电机的输出电压稳定度很差，常出现发电机组输出电压振荡。UPS整流器允许的输入电压范围一般在±15％或更宽，发电机的输出电压不稳定相对来说影响较小； 
（2） UPS整流器的输入谐波造成多个过零点；