數(shù)據(jù)中心設(shè)計中柴油發(fā)電機組的選擇

周海鯤

（廣西通信規(guī)劃設(shè)計咨詢有限公司，廣西 南寧 530007）

1 性能等級

在數(shù)據(jù)中心，不同的用電設(shè)備對供電系統(tǒng)的要求各不相同。有些對供電系統(tǒng)的要求較低，而有些則有特殊的要求。根據(jù)不同的要求劃分了四個不同的等級，具體如表1 所示。

從表1 可知，數(shù)據(jù)中心用電設(shè)備（負載）大部分都是IT 負載，其電源主要由UPS 提供。為了滿足這類負載的用電要求，要特別注意選擇合適的柴油發(fā)電機組，要選擇至G3 級別。除了滿足這些條件外，還要保證數(shù)據(jù)中心滿足相應的技術(shù)要求。

2 功率定義

功率標定表資料對各種標定方法做了詳細的介紹。通過查閱功率標定表資料可以得出結(jié)論：機組最基礎(chǔ)的功率是持續(xù)功率，其他的功率則是強化功率。同時，還可以通過采用限制負載的使用時間和平均負載的方式來提高機組的功率。

3 發(fā)動機水箱風扇驅(qū)動方式

圖1 為柴油發(fā)電機組水箱風扇直接驅(qū)動與電動驅(qū)動功率示意圖。

圖1 柴油發(fā)電機組水箱風扇直接驅(qū)動與電動驅(qū)動功率示意圖

從圖1 不難發(fā)現(xiàn)，在日常使用的過程中要尤其注意風扇的驅(qū)動方式選擇，要以發(fā)電機的功率作為最主要的參考標準，否則就可能會使發(fā)電機的實際輸出功率產(chǎn)生異常。

4 0.4 kV 機組與10 kV 機組的選擇

數(shù)據(jù)中心可供選擇的柴油發(fā)電機組有兩種，一種是低壓機組，另一種是中壓機組。低壓機組的額定電壓為0.4 kV，中壓機組的額定電壓為10 kV。這兩種功率的機組各有優(yōu)點和缺點，設(shè)計人員在進行選擇時要按照實際需求來進行選擇。具體地，低壓機組的電流較大，造價相對較低，而且不需要單獨再進行接地裝置的設(shè)計，這種機組比較適合于單機系統(tǒng)或者小容量的并聯(lián)系統(tǒng)。而中壓機組的電流較小，造價相對于低壓機組較貴，還需要設(shè)計接地系統(tǒng)。但是它能夠滿足大容量并機系統(tǒng)的需求。設(shè)計人員在進行設(shè)計和選擇時，要根據(jù)預期的容量大小和財務(wù)狀況進行合理的選擇，既能夠滿足所需，又不會造成浪費[1]。

表1 性能等級表

5 突加負載能力

圖2 展示的是在正常的使用過程中，當對發(fā)電機增加一倍的負載時電壓、頻率隨時間的變化曲線。從圖2 可以看出，要盡量將各項偏差的偏差值控制在最小的范圍內(nèi)，同時恢復時間也應該盡可能的縮短。

圖2 對發(fā)電機加100%階躍負載時電壓和頻率與時間對比的變化曲線

6 與后端負載的配合

數(shù)據(jù)中心大致上可以將負載分為兩種類型，分別是容性負載和感性負載。容性負載主要是IT 負載，感性負載的主要代表則是空調(diào)等類型電器。這兩類負載的電壓和電流情況有所不同。前者電流超前于電壓，后者電壓超前于電流。在充放電的過程中，電壓的大小是不同突變的[2]。

發(fā)電機功率因數(shù)曲線如圖3 所示。

從圖3 可以看出，由于UPS 諧波電流的存在，導致發(fā)電機的損耗明顯增加，這使得發(fā)電機的穩(wěn)定性下降，而不穩(wěn)定性會反饋于UPS，從而造成UPS 旁路輸入的頻率超過允許范圍，造成不同步報警，整流器的輸入電壓穩(wěn)定性下降。

7 柴油發(fā)電機組并機啟動方式

7.1 柴油發(fā)電機組并機的兩種常見啟動方式

7.1.1 原廠并機啟動方式

一般并機主控制屏和柴油發(fā)電機組控制屏能調(diào)節(jié)成自動模式。這兩個控制屏都是自動控制模式的狀態(tài)下，如果二者之間有出現(xiàn)了電源故障，那么接受到信號后在10 s 之內(nèi)發(fā)電機組將會自行啟動。在所有的機組中，基于建立頻率和電壓的時間次序，逐次進入母線中，并按照并聯(lián)運行的方式運行。在主控制屏上面設(shè)置報警系統(tǒng)，如果柴油發(fā)電機出現(xiàn)故障那么報警系統(tǒng)會進行報警，并自動停機、卸載負荷。檢修工作完成后，電源系統(tǒng)的供電正常了，此時再關(guān)閉發(fā)電機進行復位，在下一次電源出現(xiàn)故障時將再次自行啟動。當電源恢復正常之后，系統(tǒng)需要一定的時間來將所有的負荷切換至正常的電源。

7.1.2 第三方并機啟動方式

第三方并機啟動方式與原廠并機啟動方式存在很大的差異。在實際操作中，如若兩個控制屏都在自動模式狀態(tài)下，且兩條線路的電源都出現(xiàn)了問題，啟動信號發(fā)出10 s 內(nèi)，發(fā)電機就會自動啟動，第一臺建立穩(wěn)定的頻率和電壓，通過應急母線和斷路器進行連接，在第一臺完成連接之后，第二臺再自動進行與主母線的并聯(lián)。直到所有的都與母線進行連接，共同承擔系統(tǒng)的負載。此外，機組內(nèi)全部發(fā)電機的投切順序可以由工作人員自行編程來確定。

7.2 兩種啟動方式的選擇

圖3 發(fā)電機功率因數(shù)曲線

這兩種啟動方式各有優(yōu)缺點，分別適用于不同的情況，在進行設(shè)計時可以按照實際需求進行選擇。如果有10 臺10 kV 的機組進行并機，那么原廠并機系統(tǒng)需要20 s 左右來實現(xiàn)將所有的機子都投入負載，而另外一種方式所需要的時間則明顯更長，大致需要1 min甚至在某些情況下需要消耗100 s 的時間。所以，如果并機的機組較大，那么為了提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，應該優(yōu)先選擇原廠并機系統(tǒng)。但是原廠并機系統(tǒng)的造價較高。根據(jù)計算，如果同組并機柴油發(fā)電機組超過3 臺，原廠并機系統(tǒng)造價會超過第三方系統(tǒng)。因此在資金有限，對機組的穩(wěn)定性要求較低時可以考慮采用第三方并機啟動方式。

8 環(huán)境要求

8.1 選 址

發(fā)電機電房的位置的選擇也是需要考慮的一個方向。從統(tǒng)計數(shù)據(jù)來看，目前絕大多數(shù)的發(fā)電機電房都選擇在建筑物的地下室。采取這種方式，可以有效的增加地上建筑物的使用面積，但是對于機組的設(shè)置應該有更多的考慮。一般的民用建筑如住宅樓等為了保證建筑的安全，一般會將柴油發(fā)電機設(shè)置為電梯、消防電源等一級負荷的后備電源。這樣的后備電源不需要太多的機組，一般設(shè)置一臺到兩臺就足夠使用。然而對于數(shù)據(jù)中心來說，機組較多，其選址就應該慎重考慮。一般中小型數(shù)據(jù)中心可以選擇建筑物首層，大型數(shù)據(jù)中心可以建設(shè)獨立的動力中心，將發(fā)電機集中放置。

8.2 排放物及噪音

大型數(shù)據(jù)中心的機組數(shù)量較多，其產(chǎn)生的排放物和產(chǎn)生的噪音也是需要考慮的方向。

9 結(jié)論

數(shù)據(jù)中心的重要性日漸凸顯，對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計和分析也變得越來越重要，所以數(shù)據(jù)中心的規(guī)模越來越大，復雜程度越來越高。在進行機組設(shè)計時有很多需要考慮的地方，對于每一個因素都應該慎重考慮，設(shè)計出穩(wěn)定性和安全性較高的數(shù)據(jù)中心機組設(shè)備。