柴油發電機實際上不是一個最理想的電壓源,其內電阻遠遠比市政工程電力電網的內電阻大,伴隨著柴油發電機機組額定輸出的功率容量的降低,其內電阻擴大的分歧顯得更突顯。在我們用柴油發電機帶電阻性負載時,產生的影響容易忽視,那如果選用柴油發電機來帶整流濾波型負荷(比如:計算機與通信設備、日日光燈、各種各樣晶閘管相位差變速和管控機器設備)時,往往會遇到非常大的煩惱。這是由于以上非線性負載會往柴油發電機組反射面大量高次諧波電流量,例如傳統式UPS的5次和11次諧波對柴油發電機的運轉傷害較嚴重,輕者造成柴油發電機負載出現異常,嚴重乃至會傷害到柴油發電機。現階段業內為了保證柴油發電機帶非線性負載成功概率一般的方法是選用容積變大設計方案,一般的型號選擇變大是1.5-2.0倍,比較少的也是有1.2-1.5倍。
一、減少柴發諧波電流危害
為了降低諧波電流對柴油發電機產生的影響,目前行業一般解決辦法是選用過濾器,比方說選用價格昂貴的有源濾波器,或者采用價格較高的無功補償柜等方法。
傳統的UPS在不同負荷率下阻抗特性還不一樣,例如在負載下展現溶性,但在較輕載下展現理性(例如一款UPS商品三相負載分別是7、9、8KW時呈強溶性,功率因素為-0.85、-0.87、-0.86;三相負載為12、13、13KW時呈弱理性,功率因素為0.96、0.97、0.95;三相負載為30KW時呈強理性,功率因素為0.92)。
所以在并聯諧振中,柴油發電機往往會在負載下和容性負載震蕩導出大電流而出現維護,因此使用傳統無功補償柜設計過程中,負載下不可以資金投入無功補償柜避免柴油發電機過補償而震蕩維護,但在較輕載下能考慮到資金投入電容補償柜來補償交流電流所帶來的諧波電流。
可是,伴隨著現階段大數據中心追尋節能高效的發展需求,越來越多高頻率模塊化設計UPS、高壓直流、48V電源系統,乃至電壓直接供應云服務器PSU電源等開關電源電路類負荷就會直接放在柴油發電機導出上。
本質上這種高頻開關電源類負荷一般含有功率因數校正電源電路,50%之上負荷率前提下能夠實現非常高的功率因素和極小的諧波電流,可事實上由于2N配置或是多余的需要,在負荷率不太高前提下也會呈現一定的溶性阻抗特性(例如典型性服務器電源評測工作的時候PF數值-0.92)。
如果這時依然選用無功補償柜來補償,那樣電容器就會越并越多,不僅不會減少諧波電流,并且還惡化了柴油發電機的帶載能力。前邊我們介紹了柴油發電機正常的負載條件下的狀況,那樣在電斷電柴油發電機運行負載一瞬間又把會有什么呢?
這時這種高壓直流等開關電源電路類負荷不會再處在正常工作狀態,反而是處在電壓斷電柴油發電機運行所帶來的開關電源電路重啟全過程(一般幾十ms之上斷電就會造成開關電源電路重新啟動),開關電源電路重新啟動環節中基本上是電容充電的一個過程,所以這個時候柴油發電機所帶負荷會出現極強的容性負載特點。負荷高電壓沖擊性非常容易立即拉跨柴油發電機,造成柴油發電機帶不起負荷,后續電源開關過壓導出脫口,進而蓄電池放電直至機器設備斷電。

二、柴發負載特點
我們再來看柴油發電機的常見負載特性參數,由圖2看,一般柴油發電機帶容性負載水平實際上較差,并且呈迅速損耗收縮。因而結合圖1,在負載模式中,要盡量減少發電機的輸入帶容性負載,當容性負載低于20%時,升高速度較為平穩,在發電機的處理能力以內,假如超過30%,則面臨較大的過壓風險。
滿負荷時,還要考慮到輸出功率角防止超過90°,提升容性負載也會增大輸出功率角,變弱系統軟件動態性響應特性。現階段生產廠家提議容性負載的百分比盡可能要小于20%,當系統沒有比較大的負荷波動時可以考慮適度放大到30%。
那樣在電斷電柴油發電機運行一瞬間帶溶性非常高的開關電源電路類負荷前提下,又怎樣解決柴油發電機一瞬間負載不保障問題?
目前行業的一般做法就是挑選瞬態響應水平好一點的柴油發電機,并且對發電機做適度變大型號選擇或許可以一部分緩解這一事態嚴重。
可是系統軟件成本在所難免提升,并且系統軟件高效率將下降,因而不要把所有的期待放到這類提升比較大投入的大馬拉小車計劃方案上,并且無法保證能夠實現一步直接帶輕載取得成功(大數據中心通常規定一步帶輕載,尤其在低電壓柴油發電機應用場合)。因此除了柴油發電機設備本身,我們需要在大數據中心配電設備及IT負荷側想些別的辦法。

三、柴發供電系統
針對最典型的集中型高壓柴油發電機供電系統架構設計,其原理是幾臺高壓柴油發電機一主一備成功之后再分別和1、2段高壓母線槽做投切。通常情況下一切一路外電斷電,本質上這種高頻開關電源類負荷一般含有功率因數校正電源電路,50%之上負荷率前提下能夠實現非常高的功率因素和極小的諧波電流,可事實上由于2N配置或是多余的需要,在負荷率不太高前提下也會呈現一定的溶性阻抗特性(例如典型性服務器電源評測工作的時候PF數值-0.92)。
如果這時依然選用無功補償柜來補償,那樣電容器就會越并越多,不僅不會減少諧波電流,并且還惡化了柴油發電機的帶載能力。前邊我們介紹了柴油發電機正常的負載條件下的狀況,那樣在電斷電柴油發電機運行負載一瞬間又把會有什么呢?
這時這種高壓直流等開關電源電路類負荷不會再處在正常工作狀態,反而是處在電壓斷電柴油發電機運行所帶來的開關電源電路重啟全過程(一般幾十ms之上斷電就會造成開關電源電路重新啟動),開關電源電路重新啟動環節中基本上是電容充電的一個過程,所以這個時候柴油發電機所帶負荷會出現極強的容性負載特點。負荷高電壓沖擊性非常容易立即拉跨柴油發電機,造成柴油發電機帶不起負荷,后續電源開關過壓導出脫口,進而蓄電池放電直至機器設備斷電。
因為開關電源電路的X電容器和Y電容是皮法(pF)級電池充電基本上可以忽略不計,因此評測開關電源電路總結會發生如下圖3左邊的軟啟動電阻沖擊性、中間軟啟動繼電器重合閘沖擊性,及其右邊的負荷電流運行沖擊性三個主要反向電流。除開電源模塊級外,還需要往上再次從電氣系統級,ATS轉換開關配電設備級,整個供配電系統級搜索剖析。

四、負荷實驗流程
大家已通過如下所示流程,逐一剖析搜索哪一個負荷沖擊性拉跨了柴油發電機系統軟件:
1、單臺高壓直流開機啟動檢測
為了能搜索汽油機帶載能力嚴重不足的問題,我們測試了這一工程中柴油發電機所帶不同廠家的兩款高壓直流商品(單臺均200KW上下容積)的啟動特點,在其中A生產廠家的高壓直流運行反向電流比較大(沒有輸出功率walk in作用),通過一定時間后比較大反向電流才收縮到正常的平穩值。
而B生產廠家的高壓直流開機啟動反向電流則較為光滑(含有輸出功率walk in作用),逐漸遲緩增至正常的平穩值,因而B生產廠家高壓直流商品的啟動特點會讓柴油發電機的啟動沖擊性有利,故需要優化A生產廠家的高壓直流起動電流,從而減少開關電源開機啟動所帶來的柴油發電機負荷沖擊性。
2、T1、T2全部高壓直流系統軟件滿載汽油機運行檢測
基礎理論上軟啟動電阻和軟啟動繼電器重合閘過程的反向電流和開關電源電路負載是否關聯并不大,即不管是不是負載,這一運行一瞬間反向電流基本不變。鑒于此基本原理,為了能清除軟起動一瞬間沖擊性這一條件的限制,大家組織開展了每臺低電壓柴油發電機帶所有高壓直流的滿載運行檢測,看柴油發電機是否能夠負載。假如能夠順利運行,則表明柴油發電機維護并不是受其軟啟動電阻對PFC電容充電和軟啟動繼電器重合閘反向電流造成待機的。
具體的檢測結果,低電壓柴油發電機能夠順利推動所有高壓直流系統軟件滿載運行,這結論表明真正影響汽油機并非控制模塊插電一瞬間的軟起動頂峰高電壓(2個沖擊性均是ms等級),因而定下來柴油發電機維護原因是由于高壓直流導出側負荷載入全過程所導致的。
3、所有高壓直流分次加進貼近五載前提下,汽油機負載正常的
大家繼續將高壓直流負載增至50%,并把ATS1和ATS2中間時間間隔提升十倍,降低同時啟動帶來的影響累加,經測試系統帶五載前提下柴油發電機能正常負載IT負荷。還說明其型號規格柴油發電機能夠斷點調試取得成功攜帶25%以上T1容性負載,柴發導出沒震蕩,這有利于明確最少線上容積及載入優先選擇等。
4、所有高壓直流分次加載到1.5MW前提下,汽油機負載不成功
可是繼續增加T1滿負荷和T2滿載變電器所需高壓直流輸出負載后,柴油發電機能夠擔起T2負荷,但再次帶T1負載時被拉跨造成負載不成功。第一次資金投入T2所需負荷資金投入一瞬間,汽油機導出從230V被拉低至210V(相電壓有效值),工作電壓減少了約20V,但仍在配電開關的過壓電磁線圈姿勢幅值之上,經2s動態管理后汽油機工作電壓恢復過來;落后數十秒后,第二次資金投入T1所需髙壓直流負載,資金投入后,汽油機工作電壓馬上快速往降低。因為汽油機不在短時間內作出充足的調整,汽油機功率還沒來得及提升,再加上所需負荷都是恒功率開關電源電路,伴隨著工作電壓減少,電流量反倒務必再次擴大,進入不良循環情況。電流大幅度上升進一步降低了汽油機工作電壓,電壓跌落至約161V(這時負荷電流已是額定電壓的2-3倍),配電開關的過壓電磁線圈姿勢,造成負荷斷電柴油發電機卸載掉。
5、高壓直流逐臺載入前提下,汽油機負載性能穩定
從啟動失敗的波形來看,左邊T2變壓器負載資金投入一瞬間,T2負荷電流運行比較快,柴油發電機工作電壓有一定墜落,但依靠自身AVR動態性調整穩定下來電壓,但T1變壓器負載繼續投入一瞬間,柴油發電機工作電壓出現顯著墜落,低到過壓電磁線圈姿勢斷開負載開關,負荷過壓斷電。表明柴油發電機在攜帶T2負荷的前提下,遭受更高負載的T1變電器一瞬間高電壓沖擊性立即拉跨了柴油發電機。那樣如果把T1所帶幾臺髙壓直流負載逐一分時圖資金投入,通過減少瞬間負荷沖擊性能否完成柴油發電機取得成功負載呢?因此當場根據人工模擬高壓直流間距逐套資金投入,柴油發電機取得成功負載到滿負荷最大功率,汽油機電壓基本穩定,可以成功負載,因而找到完成柴油發電機取得成功負載的解決方案。
五、基本結果
1、全部髙壓直流模塊在通電一瞬間均有非常大的反向電流,但是該電流為髙壓直流模塊里的軟啟動電阻和軟啟動繼電器重合閘造成,及系統是不是負載沒關系,該電流量最高值超出額定電壓,但延續時間相對較短,約ms等級,經測試,該反向電流不會造成汽油機電網波動、運作艱難,也不影響汽油機電壓導致電源開關過壓電磁線圈姿勢。
2、從高壓直流側能看,假如髙壓直流模塊及系統增強了輸出功率walk in緩啟作用,則是對柴油發電機的負載運行沖擊性會少很多;如果不加輸出功率walk in作用得話,所有負荷與此同時高電壓啟動容性負載沖擊性非常容易拉跨柴油發電機。
3、從汽油機突加負載的檢測情況來看,造成導出空開跳閘的原因是因為在汽油機負載時。假如突加偏重負荷,尤其是溶性種類負荷,因為汽油機的電壓調節能力不夠,及其容性負載輸出功率收縮,需調節的時間較長。電壓將被拉低,突然增加的負荷越重,一瞬間降低電壓越大,在恒功率負荷影響下,工作電壓越小,必須的電流進一步加大,呈惡循環之態,可能會導致配電設備空開過壓電磁線圈姿勢,導致空開跳閘。
4、選用每件高壓直流分時圖逐一資金投入的方法,及其增加ATS1和ATS2時長間隔能夠減少所有系統軟件同時啟動對柴油發電機沖擊累加,柴油發電機可以成功負載。
5、傳統柴發是按照理性0.8的功率因素負荷來設計的,對斷點調試帶滿負荷水平并沒有嚴格管理,并且對容性負載多并沒有相對應檢測技術標準。伴隨著大數據中心容性負載不斷增長,在低電壓柴發應用場合會帶來更大考驗,非常值得深入研究和逐步完善規范。