現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心對(duì)供電系統(tǒng)的基本要求是供電的連續(xù)性,而要保證連續(xù)供電,就必須配備可連續(xù)運(yùn)行的備用柴油發(fā)電機(jī)。如果數(shù)據(jù)中心配置了工頻機(jī)UPS,市電掉電后,會(huì)經(jīng)常發(fā)生柴油發(fā)電機(jī)啟動(dòng)后投入運(yùn)行失敗的問題。根本原因在于,柴油發(fā)電機(jī)帶容性負(fù)載的能力很差,而工頻機(jī)UPS輸入無源濾波器在市電掉電后表現(xiàn)出極強(qiáng)的容性特性。
要強(qiáng)調(diào)的概念(五)容性負(fù)載對(duì)發(fā)電機(jī)運(yùn)行的不利影響
在數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)中,柴油發(fā)電機(jī)是否能正常運(yùn)行,主要取決于其輸出阻抗是否與負(fù)載匹配。
發(fā)電機(jī)依靠電壓調(diào)節(jié)器控制輸出電壓。電壓調(diào)節(jié)器檢測(cè)三相輸出電壓,以其平均值與設(shè)定的電壓值相比較。調(diào)節(jié)器從發(fā)電機(jī)內(nèi)部的輔助電源取得能量,通常是與主發(fā)電機(jī)同軸的小發(fā)電機(jī),傳送DC電源給發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的磁場(chǎng)激勵(lì)線圈。線圈電流上升或下降,控制發(fā)電機(jī)定子線圈的磁場(chǎng)(或稱為電動(dòng)勢(shì)EMF)的大小。
圖8所示為發(fā)電機(jī)輸出等效電路,圖8(a)為帶純感性負(fù)載的簡(jiǎn)化示意圖。圖8(b)為帶純?nèi)菪载?fù)載的簡(jiǎn)化示意圖。
在圖8(a)中:
-電動(dòng)勢(shì);
-發(fā)電機(jī)內(nèi)阻,包括感性和阻性成分;
感性負(fù)載電流;
-發(fā)動(dòng)機(jī)輸出電壓。
內(nèi)阻包括感性和阻性部分。因?yàn)榧僭O(shè)負(fù)載是純感性的,在相量圖中電流
滯后電壓
正好90°電相位角。如果負(fù)載是純阻性的,和的矢量圖曲線將重合(或同相)。實(shí)際上多數(shù)負(fù)載介于阻性和感性之間。
電流通過定子線圈引起的電壓降用電壓矢量×表示。它實(shí)際上是與同相的電阻壓降和超前90°的電感壓降的矢量和,因?yàn)殡妱?dòng)勢(shì)必須等于發(fā)電機(jī)內(nèi)阻的電壓降和輸出電壓之和,則
電壓調(diào)節(jié)器改變,可以有效地控制輸出電壓。
圖8(b)中,用純?nèi)菪载?fù)載代替純感性負(fù)載,在這種情況下,輸出電流方向正好和感性負(fù)載時(shí)的相反。電流超前電壓正好90°的相位角,內(nèi)阻電壓降矢量×的方向也相反。則和×的矢量和
。
對(duì)于與感性負(fù)載時(shí)相同的電動(dòng)勢(shì),在容性負(fù)載時(shí)就產(chǎn)生了較高的發(fā)電機(jī)輸出電壓,所以電壓調(diào)節(jié)器必須明顯地減小定子線圈的磁場(chǎng)。因?yàn)榘l(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子含有一個(gè)性磁場(chǎng),該性磁場(chǎng)將在一個(gè)方向連續(xù)勵(lì)磁,即使電壓調(diào)節(jié)器完全關(guān)閉,轉(zhuǎn)子性磁場(chǎng)連續(xù)勵(lì)磁產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)仍足以對(duì)電容負(fù)載充電并產(chǎn)生電壓,這種現(xiàn)象稱為“自激”。自激的結(jié)果是過壓或者是電壓調(diào)節(jié)器關(guān)機(jī),發(fā)電機(jī)的監(jiān)控系統(tǒng)則認(rèn)為是電壓調(diào)節(jié)器故障(即“失勵(lì)”)。
討論了油機(jī)的輸出特性后,再看看UPS在市電掉電后的工作狀態(tài),如圖9所示。
此時(shí)UPS的工作狀態(tài)是:市電掉電后,電池通過DC/AC逆變向負(fù)載供電,輸入端AC/DC控制關(guān)斷,UPS輸入斷路器并未關(guān)斷,此時(shí)油機(jī)啟動(dòng)正常后經(jīng)ATS轉(zhuǎn)換面對(duì)的負(fù)載是UPS無源濾波器。待油機(jī)啟動(dòng)切換成功后,UPS檢測(cè)到輸入電壓正常后才轉(zhuǎn)到市電供電狀態(tài)。
要提示的概念(六)油機(jī)啟動(dòng)后切換時(shí)面臨的是空載UPS
要糾正的概念(七)油機(jī)啟動(dòng)切換后的負(fù)載與UPS是否緩啟動(dòng)無關(guān)
一種說法是,UPS輸入可以緩啟動(dòng),這樣可減輕對(duì)油機(jī)啟動(dòng)加載的壓力,顯然這種情況是不存在的。
要糾正的概念(八)科華UPS啟動(dòng)切換是否成功與UPS的輸入功率因數(shù)和諧波含量無關(guān)
一種說法是,工頻機(jī)輸入功率因數(shù)完全符合標(biāo)準(zhǔn)要求,輸入功率因數(shù)可達(dá)0.95,諧波小于10%,不會(huì)對(duì)油機(jī)啟動(dòng)和切換產(chǎn)生影響。這種說法是沒有意義的,實(shí)際情況是,此時(shí)UPS主機(jī)輸入不產(chǎn)生任何諧波,油機(jī)啟動(dòng)和切換與UPS輸入功率因數(shù)和諧波沒有任何關(guān)系。
要明確的概念(九)在科華UPS輸入空載情況下,無源濾波器呈現(xiàn)純?nèi)菪宰杩?/strong>
眾所周知,工頻機(jī)UPS輸入無源濾波器的濾波效果隨著輸出負(fù)載的減小而變差,當(dāng)負(fù)載為零時(shí),無源濾波器會(huì)呈現(xiàn)由電容量決定的純?nèi)菪蕴匦?所以,市電掉電油機(jī)啟動(dòng)后,將面臨純?nèi)菪载?fù)載切換。
要明確的概念(十)
在UPS1+1冗余系統(tǒng)中,負(fù)載的容量是一臺(tái)UPS額定容量,而無源濾波器相對(duì)發(fā)電機(jī)確(卻)是兩臺(tái)相加的
在1+1冗余系統(tǒng)中,或2N供電系統(tǒng)中,負(fù)載的容量是一臺(tái)UPS額定容量的容量,而油機(jī)啟動(dòng)切換時(shí)的負(fù)載卻是兩臺(tái)額定容量UPS的容性無源濾波器,而且UPS冗余度越高,例如2(N+)系統(tǒng),對(duì)油機(jī)啟動(dòng)切換的壓力越大。
需要提示的概念(十一)
為了保證數(shù)據(jù)中心備用柴油發(fā)電機(jī)能夠正常啟動(dòng)切換,當(dāng)配置工頻機(jī)UPS時(shí),就需要大幅度增大油機(jī)容量。這里涉及到高頻機(jī)與工頻機(jī)對(duì)油機(jī)容量配置的影響。
表1和表2分別列出的是油機(jī)只帶UPS系統(tǒng)和油機(jī)為整個(gè)數(shù)據(jù)中心供電時(shí),針對(duì)工頻機(jī)和高頻機(jī)兩種情況的油機(jī)容量與負(fù)載容量配置的比較。
從表中數(shù)據(jù)可以看出,由于高頻機(jī)輸入功率因數(shù)高,不需要配置無源濾波器,當(dāng)系統(tǒng)需要配置柴油發(fā)電機(jī)時(shí),發(fā)電機(jī)容量與負(fù)載的容量比,只為UPS供電為1.3倍,為整個(gè)數(shù)據(jù)中心供電為大于或等于系統(tǒng)總用電量,特別是,這個(gè)配比與UPS是否冗余無關(guān)。
當(dāng)配置工頻機(jī)UPS時(shí),需要的油機(jī)容量顯然大很多,只為UPS供電為2～4倍,為整個(gè)數(shù)據(jù)中心供電為大于或等于1.5～2倍系統(tǒng)總用電量,特別需要強(qiáng)調(diào)的是,油機(jī)容量與UPS是否冗余有直接關(guān)系,在UPS冗余配置時(shí),只為UPS供電為3～5倍,為整個(gè)數(shù)據(jù)中心供電為大于或等于2倍系統(tǒng)總用電量。
當(dāng)柴油發(fā)電機(jī)為由工頻機(jī)UPS供電的數(shù)據(jù)中心供電時(shí),油機(jī)容量要大幅增加,即便如此,市電掉電時(shí)油機(jī)是否能正常啟動(dòng),仍是一個(gè)不確定的因素。