數據中心設計中柴油發電機組的選擇分析

張一

摘要：在數據中心的設計中，電力保障系統尤為重要，而作為電力保障的重要組成環節，選取合適的柴油發電機組，對數據中心的設計具有重要意義。柴油發電機組的技術指標、負載的性質以及穩定性安全性，等都是需要考慮的重要因素。

關鍵詞：數據中心;設計;柴油發電機組

1性能等級的分析

在數據中心，不同的用電設備對供電系統的要求各不相同。有些對供電系統的要求較低，而有些則有特殊的要求。根據不同的要求劃分了四個等級，數據中心用電設備（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電機組，要選擇至G3級別。

2發動機風扇驅動方式

發動機風扇驅動方式分為電動驅動與直接驅動兩種方式，從原理上講都是可行的。但是在工程實踐中，如不加以說明，會由于采購產品的不同而對設計參數造成影響。柴油發電機組風扇直接驅動功率和電動驅動功率如圖1所示。

3有關0.4kV機組與10kV機組的選擇

數據中心可供選擇的柴油發電機組有兩種，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0.4kV，中壓機組的額定電壓為10kV。這兩種功率的機組各有優點和缺點，設計人員在進行選擇時要按照實際需求來進行選擇。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計，這種機組比較適合于單機系統或者小容量的并聯系統。而中壓機組的電流較小，造價相對于低壓機組較貴，還需要設計接地系統。但是它能滿足大容量并機系統的需求。設計人員在進行設計和選擇時，要根據預期的容量大小和財務狀況進行合理的選擇，既能滿足所需，又不會造成浪費。

4突加負載能力分析

圖2展示的是在正常的使用過程中，當對發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可見，各項偏差越小越好、各項恢復時間越短越好，即柴油發電機組的突加負載能力對于整個配電系統性能都有重要影響。

5與后端負載的配合

數據中心的負荷一般分為兩類，一類是以IT負載為代表的容性負載，另一類是以空調負載為代表的感性負載。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。由于UPs諧波電流的存在，導致發電機的損耗明顯增加，這使得發電機的穩定性下降，而不穩定性會反饋于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定性下降。

6柴油發電機組并機啟動方式

6.1柴油發電機組并機的兩種常見啟動方式

6.1.1原廠并機啟動方式

當柴油發電機組控制屏和并車主控制屏處于自動模式時，一旦兩路正常電源發生故障，在收到啟動信號10s內，各臺柴油發電機機組將同時自行啟動，最先建立電壓和頻率的機組首先自動投入到母線，其余機組參照母線上電流電壓依次同期并聯運行，然后通過輸出開關柜為所連接的負載提供應急電源。柴油發電機主控制屏配備報警系統，當柴油發電機故障時自動停機、卸載。當正常電源恢復供電時，關閉發電機，復位到待機狀態，直至下一次電源故障時再啟動。當正常電源恢復后，系統經過可調整的時間延遲，自動將所有負荷切換回正常電源。發電機斷路器同時斷開，柴油機將在無負載情況下運行0-30min，時間可以通過控制屏調節。控制屏自動復位到待機狀態。

6.1.2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下，且兩條線路的電源都出現了問題，啟動信號發出10s內，發電機就會自動啟動，第一臺建立穩定的頻率和電壓，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。直到所有的都與母線進行連接，共同承擔系統的負載。

6.2兩種啟動方式的選擇

以10臺10kV機組并機為例，原廠并機系統20s可完成整組完全啟動投入負載，第三方并機系統由于要等機組順序啟動，往往要60s左右才能完成，最不利情況甚至達到100s。因此，對于同組并機臺數較多且業主對工程可靠性要求很高時，建議采用原廠并機系統。但是從經濟性方面比較，原廠并機系統除某些機組自帶原廠啟動模塊外，一般需在每臺機組加裝該模塊，模塊價格在6萬元-10萬元/臺。當同組并機柴油發電機組大于3臺時，原廠并機系統造價大于第三方系統。第三方并機系統適用于業主對投資比較敏感，且對工程可靠性的要求不太嚴格的工程。

7環境要求

7.1選址

柴油發電機的安裝位置也是需要考慮的一個方向。從統計數據來看，目前絕大多數的發電機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，但對于機組的設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，一般會將柴油發電機設置為電梯、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，一般設置一臺到兩臺就足夠使用。然而對于數據中心來說，機組較多，其選址就應該慎重考慮。一般中小型數據中心可以選擇建筑物首層，大型數據中心可以建設獨立的動力中心，將發電機集中放置。

7.2排放物及噪音

對于大中型數據中心，由于其保障容量大，所以柴油發電機組的數量也相對可觀，其對空氣的污染以及機組運行噪聲自然也備受關注。

8結語

總之，在進行機組設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，設計出穩定性和安全性較高的數據中心機組設備。

參考文獻

[1]薛成林.大型數據中心柴發作備用電源系統型式探討[J].建筑電氣，2019.

[2]龍君.柴油發電機組的容量計算[J].現代建筑電氣，2015.