導致問題的多個因素
機房中的負載既有線性負載，也有大量的非線性負載，其中較典型的非線性負載就是UPS。要在緊急情況下確保UPS對業(yè)務設備的持續(xù)可靠供電，發(fā)電機組就必須適應其非線性的特性。
艾默生網(wǎng)絡能源表示，當發(fā)電機組與后端負載不匹配時，通常在發(fā)電機組的輸出電能質(zhì)量、檢測和控制等多個方面會出現(xiàn)嚴重問題，影響設備的正常工作。如果在設備運行過程中發(fā)現(xiàn)存在異常狀況，就需要在對發(fā)電機組進行檢查的同時，仔細考慮一下它和后端負載之間是否匹配良好。
針對造成這種問題的原因，艾默生網(wǎng)絡能源分析指出，對于大功率UPS和發(fā)電機組之間的匹配效果，主要是由這樣幾個因素決定。首先是設備容量。計算發(fā)電機組容量，不僅要考慮UPS的額定功率、蓄電池充電增加的功率、整機效率、功率因數(shù)等因素，還要考慮機房精密空調(diào)、照明、消防電梯等負載在啟動或運行所產(chǎn)生的沖擊電流對發(fā)電機組造成的影響。其次是突加載。在發(fā)電機組突加載之后，其輸出電壓和頻率都會存在一個不斷調(diào)節(jié)、波動振蕩的過程，而此時發(fā)電機組的瞬態(tài)響應能力，則取決于發(fā)動機類型、缸內(nèi)壓力、調(diào)速器特性、機組轉(zhuǎn)動慣量，以及發(fā)電機類型、勵磁系統(tǒng)特性、AVR特性等因素。再次是無功功率。發(fā)電機組通常是按照感性0.8功率因數(shù)的負載特性來設計的，對于帶容性負載的能力沒有相應的測試標準和規(guī)范要求，故其帶容性負載特別是突加容性載的能力通常較弱。同時，UPS設備隨著整流器的啟停以及負載率的變化，對發(fā)電機組的影響是不斷變化的，而且UPS系統(tǒng)采用的架構(gòu)不同帶來的影響也不同。最后是電流諧波。發(fā)電機組易受到非線性負載的影響，即在負載諧波電流的影響下，其電壓波形的失真會明顯大于變壓器，內(nèi)部損耗會明顯增大，導致繞組發(fā)熱，發(fā)電機AVR的檢測準確度和控制效果會明顯變差。同時電壓和電流諧波還會對UPS的檢測和同步電路造成影響，并可能觸發(fā)某些保護動作。
“對癥下藥”的解決方案
基于對大功率UPS和發(fā)電機組的相關(guān)特性進行全面了解后，艾默生網(wǎng)絡能源據(jù)此給出了針對性的解決方案，從多個方面著手實現(xiàn)二者之間的合理匹配。
首先，需要盡可能詳細的了解負載信息，并據(jù)此對發(fā)電機組輸出功率進行適當?shù)姆糯筮x型，在此前提下若能盡量達到60%~80%的負載率則對發(fā)電機組較為有利；盡可能選擇輸出阻抗小、瞬態(tài)響應能力好的發(fā)電機；發(fā)電機的穩(wěn)壓勵磁調(diào)節(jié)，建議采用受諧波影響小的類型，如PMG永磁式發(fā)電機；發(fā)電機AVR的電壓檢測建議采用三相檢測取平均值的方式，而不是單相檢測，以提高電壓檢測的穩(wěn)定度，降低電壓波動對發(fā)電機的影響；不同工作方式的發(fā)電機組，對非線性負載的帶載能力也會有所不同，如兩沖程柴油發(fā)電機組要優(yōu)于四沖程柴油發(fā)電機組；需要注意如果發(fā)電機組的控制器參數(shù)設置不當，也會造成與UPS不匹配；在投入UPS時，若發(fā)現(xiàn)發(fā)電機組電壓和頻率表的數(shù)值搖擺不穩(wěn)，適當調(diào)低AVR的靈敏度旋鈕可能會解決問題；為避免交流*信號影響發(fā)動機電子調(diào)速器的性能，需將調(diào)速器的外殼良好接地，并對其轉(zhuǎn)速傳感信號采取良好的屏蔽措施；建議對發(fā)電機組采取分步的方式加載，加載順序原則上大負載先啟動，小負載后啟動。
其次，發(fā)電機組輸出的有功功率取決于發(fā)動機的出力，視在功率則主要取決于發(fā)電機的容量。所以發(fā)電機組在帶UPS等非線性負載時，只需增大發(fā)電機的容量，其瞬態(tài)特性就會大大的增強，而整臺機組的輸出有功功率并未增加。實踐證明，采用這種“小馬拉大車”的方式來解決UPS和發(fā)電機組的匹配問題完全可行，并能為用戶節(jié)約一筆相對可觀的投入成本。
第三，要選擇更能適合發(fā)電機組特性的UPS，應選擇輸入功率因數(shù)較高且電流諧波較小的UPS；對于濾波器在UPS空載或輕載時會導致其輸入側(cè)呈容性的特點，建議選用可提供針對性完善和優(yōu)化方案的品牌，如艾默生網(wǎng)絡能源的HipulseU和NXL系列；如果UPS具備高速寬頻的整流器控制電路、旁路電壓/頻率保護范圍和逆變器同步速率現(xiàn)場可調(diào)、Power-Walk-In延時啟動、整流器緩啟動、智能發(fā)電機模式等功能和特點，可更好地與發(fā)電機組相匹配。
第四，在低壓配電方面，可利用感性負載和容性負載特性互補，盡量使總負載的功率因數(shù)保持在感性0.9左右；通過自動投切裝置，使空調(diào)等感性負載先于UPS接入；將各個ATS的自動切換時間錯開，以防止在市電切發(fā)電機供電時，所有負載同時啟動導致發(fā)電機組輸出波動過大或保護停機；避免無功補償柜對發(fā)電機組進行補償；在供電系統(tǒng)中使用成熟可靠的補償調(diào)節(jié)裝置，進行感性/容性無功補償和諧波治理。
此外，值得注意的是，數(shù)據(jù)中心建成驗收時的假負載測試通常使用的是阻性載，有一定參考價值，但無法完全模擬真實負載的工況，在無功和諧波等方面存在測試盲區(qū)。所以即使通過了嚴格的假負載測試，也不代表供電系統(tǒng)內(nèi)各設備之間就實現(xiàn)了完全匹配，仍然不能掉以輕心。
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