数据中心柴油发电机组设计的若干问题

pecial Features 论文荟萃
8October 2011 Vol.5 No.5
摘 要 本文介绍数据中心柴油发电机组设计中经常遇到的几个问题。

关键词 数据中心 自备应急电源 柴油发电机组Abstract The paper introduces some problems met in the design of diesel generating set in data centers.Keywords data center, self-prepared emergency power sources , diesel generating set 近年，金融、通讯、互联网等行业数据量迅猛增加，虚拟化和云计算技术的兴起，促使国内数据中心建设如雨后春笋。

数据中心供配电系统，必须保证为数据中心用电设备提供稳定、可靠和安全的电源，因供电中断，而造成数据中心瘫痪，将造成巨大经济损失。

根据电监会和中电联发布数据显示，2010年全国10kV 城市用户平均供电可靠性为99.92%，可见，市电可靠性远不能满足重要数据中心供配电系统99.995%或更高可靠性的要求。

数据中心用户必须配置自备应急电源系统，才能满足高级别数据中心供配电系统高可靠性的要求。

柴油发电机组系统作为自备应急电源的一种形式被广泛的应用于数据中心，本文将讨论数据中心柴油发电机设计的几个问题。

1发电机功率标定国标GB/T2820.1《往复式内燃机驱动的交流发电机组》中说明了确定发电机组输出功率标定的种类和要求。

1） 持续功率（COP ）：每年运行不受限制为恒定负载持续供电的最大功率；COP 适用于发电厂发电
机组功率的标定。

2） 基本功率（PRP ）
：每年运行时间不受限制为可变负载持续供电的最大功率，每24h 的平均功率一
般不大于PRP 的70%；PRP 发电机预留额外的调速功
率，发电机可超载10%运行，但各发电厂家标定的平
均负荷率、允许满载运行时间、超载运行时间略有不
同。

PRP 适用于无市电供应或市电供应很差的工业或
民用工程。

3） 限时运行功率（LTP ）
：每年运行500h 的最大功率；LTP 对负载率没有要求，
适用于市电可靠性较高的场所。

4） 应急备用功率（ESP ）
：每年运行200h 某一可变负载序列中的最大功率，每24h 的平均功率一般不
大于ESP 的70%；适用于一般办公、房地产等要求不
高的场所。

同一台发电机组标定上述4种功率时，功率标定
值由大到小的关系一般为：
ESP >LTP>PRP>COP ；其比值约为：ESP : LTP : PRP : COP=1000 : 920 : 850 : 780。

可见，同一台发电机组标定COP 值最低、ESP 值
最高。

数据中心柴油发电机组按哪种标定功率选择应
结合市电可靠性、数据中心可靠性要求等因素确定，
过高要求：按照COP 选择，会造成成本增加；过低要
求：按照ESP 选择，会降低使用可靠性。

目前国内数据中心大都建设在一、二线城市，市
电供电可靠性较高，2010年全国10kV 用户平均停电数据中心柴油发电机组设计的若干问题
晁怀颇（世源科技工程有限公司电气所， 北京 100855）Data Centers
Chao Huaipo Some Problems about Design of Diesel Generating Set for
专辑
智能建筑电气技术9
数据中心系统设计2011年10月 第5卷 第5期时间仅为7h 。

综上，数据中心中作为自备应急电源的发电机组
功率可按照LTP 选择。

建议按照PRP 选择，以增加发
电机系统带载能力、增加对突加负载的适应能力、增
加处理非线性负载能力，提高自备应急电源系统可靠
性。

当发电机组电源作为主用电源时（如：电热冷三
联供系统），应按照COP 选择。

2负载功率因数和发电机组容量发电机组的功率是指额定频率下、功率因数为0.8（滞后）
时用kW 表示的功率。

发电机组向负载提供有功功率（kW ）和视在功率（kVA ）均不能超过机
组的输出限值。

当感性负载功率因数大于0.8时（如
采用10kV 发电机时，变压器低压侧补偿投入运行，变
压器高压侧功率因数一般大于0.9），应按照机组有功
功率输出限值选择发电机系统容量；当感性负载功率
因数小于0.8时，应按照机组视在功率限值选择发电
机系统容量。

值得注意的是，随着感性负载功率因数
的降低，发电机组输出视在功率也有所降低，必要时，
可采取提高负载功率因数的措施，使负载功率因数接
近0.8（滞后）。

另外，容性负载影响发电机输出电压稳定，使机
组输出功率大幅衰减。

负载功率因数和发电机组输出
功率间的关系参见图1。

图1某型号发电机组输出功率和负载功率因数关系曲线图1中：当负载功率因数超前时，发电机组输出
有大幅衰减。

PF=0.9（超前）
时，输出功率为80%左右；PF=0.6（超前）
时，输出功率仅为30%左右。

某些数据中心内重要等级较低的IT 设备（容性
负载）由发电机直接供电，此时，应考虑发电机组和容
性负载的匹配。

当UPS 前端设有LC 滤波器时，也必须正确分析，避免LC 滤波器成为发电机组的容性负载。

3非线性负载数据中心发电机组负载中常包含大量UPS 、变频器或类似整流设备，这些非线性负载使发电机过热、导致电压失调，影响发电机组输出性能甚至导致发电机组停机。

供配电系统设计时，应采取谐波治理措施，限制
UPS 等非线性设备输出谐波。

根据UPS 整流方式、谐波治理措施分析谐波含量，确定发电机组和UPS 的功
率配比。

必要时，需增加发电机系统容量。

4发电机组输出电压发电机组根据输出电压不同，可分为低压（0.4kV ）发电机组和高压（10kV ）发电机组。

除发电机配置不同使输出电压不同外，两种发电机组的发动机、控制系统基本相同，技术水平相同。

低压机组和高压机组比较见表1。

表1 低压机组和高压机组比较序号 对比项目 低压机组（0.4kV ） 高压机组（10kV ） 1 机组造价 高10%~15% 2 安装费用 相同 相同 3 冷却方式 相同 相同 4 噪声控制 相同 相同 5 运行和维护 相同 相同 6 机组占地面积 基本相同 基本相同 7 接地系统 不需要 需考虑设置接地电阻柜 8 机组效率 相同 相同 9 启动时间 相同 相同10
配套开关柜 0.4kV 10kV 11
电力传输介质 低压电缆或母线 高压电缆12
电力传输成本 高 低13
电力传输损耗 高 低14
电力传输距离 近（不宜大于150m ） 远（不宜大于2000m ）
非线性负载 15
带载能力
负载功率因 16
数影响 17 并机运行
18
与市电的切换 当发电机系统容量较小，且机组和负荷距离较近时，综合考虑配电系统成本和实施难易，可采用低压发电机组；当发电机系统容量较大，采用多台大容量机组并机时，首选10kV 发电机组。

发电机直接带载，受非线性负载影响大一般通过变压器带载，变压器可部分消除非线性负载对机组影响直接带载，受负载功率因数影响通过变压器带载，方便功率因数调整，避免功率因数过低影响机组输出功率受低压配电设备电流限制，并机容量小
方便实现大功率机组并联成大容量系统采用带旁路的ATS ，电流大，ATS 数量多，占地面积大，成本高可在10kV 母线处通过综保控制开关集中切换，占地面积小，成本低
会、沙龙及技术交流会的方式组织了多次活动，
得了良好的效果。

本次常务理事会的议题是
报网下一步工作的部署和加入中国建筑节能协会
的意见征集。

会议历时3个半小时，
的《智能建筑电气技术》
的建议，例如设计院与地方电气情报网联合供稿，
编辑出版高水平的电气技术专辑，
专业系列讲座”， 翻译及转载国外先进电气技术论
文等。

同时，充分利用各省市情报网的资源，
事成员队伍。

积极参与中国建筑节能协会——照明
与智能电气专业委员会的筹备工作和申请“智能
建筑电气设计奖项”的评奖资格。

最后，欧阳东常务副理事长对此次会议讨论的
内容进行了总结和归纳，
务理事会的召开时间、
极、和谐的气氛中圆满结束。

12。