欢迎访问重康动力,对于通用咨询或需要官方直接协调的问题,建议首先拨打热线

全国服务热线:13600409663
返回

柴发超前容量因数负荷的计算、危害及处理途径

文章来源:康明斯柴油发电机厂家 人气: 发表时间:2025-11-25

  数据中心的备载发电机组为例,柴发机组承受超前无功容量的能力非常有限,当输入无功容量大于额定无功容量的20%时,就可能发生运转不稳,甚至过压关机。由于参数中心IT装备电源配置了功率因数调校器和大容量滤波器电容,会出现大量超前电抗电流。这种超前容量因数负载对市电不会造成严重不好影响,却是引起发电机运转不稳的主要起因。因此,关注和叙述潜在的发电机不稳情况是必要的,采用有效的预防办法是重要的。

        数据中心的供电系统由三级电源结构,第一级是电网/后备发电机,这是参数中心的交流输入电源。第二级是备用电源,备用电源的作用是保证不间断供电。第三级是IT装备的电源单元PSU,PSU为IT装备供应各种电压等级的直流电源。在正常情形下,备用电源是市电/后备发电机的负载,IT设备的PSU是备用电源的负荷。当备用电源工作于旁路步骤时,大电/备用发电机直接为IT装置PSU供电。因此,备用电源和IT装置PSU的输入功率因数或电流的相位,都会影响发电机运行性能。

        在柴油发电机组运用中,容量因数超前比较罕见,而功率因数滞后却十分易损。当容量因数滞后时(如图1a所示),电气设备会从市电中获取无功电流,从而引发一系列无功问题。当容量因数超前时(如图1b所示),会产生无功倒送、大电电压升高等问题,从而危害柴油发电机组的正常运转。

  (2)当电流相位超前电压时,容量因数为超前容量因数,此时相位差 ? 为负值武汉康明斯发电机

  (3)超前容量因数的典型范围是 0cos?1(感性负荷的容量因数为滞后)。

  (2)容量细述仪:测量视在容量S、有功功率P、无功功率Q,三者之间可以构成容量三角形,如图2所示。计算功率因数公式:

        在数据中心运用最多的备用电源是双变换备用电源。传统双变换备用电源是有变压器的备用电源(也称为工频备用电源),新型双变换备用电源是无变压器备用电源(也称为高频备用电源)。工频双变换备用电源选择SCR相控整流器,其脉冲式交流输入电流包含大量的谐波电流,选取6脉冲整流器的双变换备用电源的输入电流总谐波失线脉冲整流器的双变换备用电源的输入电流总谐波失线%。谐波电流致使功率因数下降,功率因数通常为0.8左右。传统双变换备用电源输入电流是滞后的。

        高频双变换备用电源采取IGBT整流器,满载时输入功率因数接近1,基本没有谐波电流。输入电流的相位是滞后的。但在空载和轻载时会有少量的超前不同相电流和超前功率因数。

        综上所述,备用电源的输入特性对柴油发电机组(构造外形如图3所示)的不佳危害具体是谐波电流。会致使中性线电流增大,变压器和备载发电机组发烫,发电机输出电压失真等。这些问题通常通过配置功率稍大的发电机就可解决。通常不会发生严重的发电机运行不稳现状。

        早期的IT装置电源单元PSU是典型的非线性负载,因为这种电源吸收的谐波电流很大,输入电流的THD可达0.5以上。虽然这种PSU的不一样相电流不大,但谐波电流引起容量因数大大下降,通常为功率因数滞后0.6~0.7。当备用电源工作于旁时间序时,发电机直接为PSU供电,PSU对发电机的影响与经备用电源供电时的危害大致相同。

        现代IT装备PSU都配置功率调校器(PFC),大大减小了谐波电流,达到相关国际标准的要求。功率因数调校器处置了谐波,但没有减小不同相电流。事实上有配置了功率因数调校的IT设备电源PSU比老式IT装置电源PSU发生的不一样相电流更多,而且是超前不一样相电流。因此,功率调校器消除了谐波的问题,但出现了更为严重的超前不一样相电流的问题。下面研究此种IT电源是如何产生超前不一样相电流的。

        交流输入端是滤波器,后面是升压变换器组成的功率因数调校器,其变换频率为20~200kHz山东康明斯发电机,输出电压为400V。最后一级是DC-DC变换器、产生IT装备需要的12、5、3.3 V等直流电压。滤波器的用途是防止升压变换器出现的高频干扰反馈到大电。滤波器由电感和电容组成,其中大电容Cl是关键元件,就是这个元件出现了超前不同相电流。致使容量因数从1下降到一定数值超前容量因数。因为电容C1固定加在输入端,电容引起的超前不同相电流是固定的,与IT设备的实际消耗的功率(负载率)无关。这表明,IT设备负荷减轻时,IT装备电源的功率因数会随之下降。由于其有功功率下降了,而超前不一样相电流保持不变。图4示出IT装备电源容量因数变化曲线。

        如果服务器是双电源输入,通过内部的2个600W的PSU电源供电,假如服务器的实际功率为300W (每个电源150W)。2个PSU电源将作业于图6中25%的操作点。可以看出此点的容量因数比满载时的容量因数低得多。通常说来,电源配置得较大或没有充分利用时,则每瓦IT负荷的电容就比较大,因此在总负荷电流中的超前电抗电流就比较大。

  ① 补偿感性负载:超前功率因数可以抵消感性负荷的滞后功率因数,提升装置整体容量因数。

        综上所述,现代IT装置电源单元PSU是典型的超前功率因数负荷,会出现反向无功率或超前不同相电流。而备用发电机组吸收超前无功容量或超前不同相电流的能力非常有限。因此,导致备用发电机组运行不稳甚至关机的严重事故或存在隐患。为此,必须采用有效方案排查这个严重问题。

        不同的IT装备电源单元PSU的输入超前不同相电流的大小差别很大,可考虑将PSU的输入超前电流作为选用IT装备的依据之一。PSU发生超前电流的根源是输入滤波器的电容,对于典型的IT装备来说,每千瓦的PSU电源功率一般具有1~10μF的电容范围,按照输入电压和输入电容可以计算输入超前电流。建议选择每KW5 μF以下的PSU电源,以保证IT装置功率达到80%时,输入超前无功容量仍小于发电机额定无功功率的20%。

        如前所述,在典型的发电机功率曲线中,发电机吸收无容量的能力用反向(输入)无功功率(kVAr)的极限表示,发电机工作时的超前无功容量必须小于额定无功容量的20%。也可用超前无功电流极限表示。即发电机工作时的超前无功电流必须小于额定无功电流的20%,以避免发生运转不稳定的问题。

        如前所述,超前无功容量与额定IT电源PSU功率成正比,与实际消耗的IT装置瓦特数无关。因此,相比于IT负荷实际需要的电源功率,未充分利用的电源容量或者电源功率超额布置部分都会带来额外的输入电容。故应合理考虑服务器配置措施的电源利用率,尽量预防电源容量超额布置。

        目前,大多数IT装备都是双电源输入负荷。每路电源的容量规划为:当其中一路电源故障时,另一路电源可以承担全部IT装备的供电。任何一路电源应能承受突加50%负载的危害。但每个电源通道的交流输入始终固定接到其中一路大电/发电机交流配电线路,因此,在这种步骤下,即使负载容量加倍,但负载的电容不会改变。但是,如果上游配电电路选用母联分段程序(cross tie),母联开关闭合时,其中一路市电/发电机配电线个电源通道的全部电源装置,这将致使该路电网/发电机配电线路的电容加倍,因此超前电流加倍。从而对发电机造成严重影响。所以,应考虑防止上游配电电路采取母联分段程序。

        如果发现运转中的参数中心的超前无功容量较大,可能威胁发电机的安全运转,可以考虑装配电感负载箱解决榆林康明斯发电机。电感负荷箱装配在发电机输出母线上,可以提供固定量的滞后不同相电流,以抵消IT装备产生的超前不同相电流。这类似于常规电路中感性负荷较多引起容量因数下降时,用电容进行功率因数补偿。可以选择带自动开关的电感负载箱,根据需要加上和撤除电感负载箱。

        SVG是典型的电力电子设备,可用于动态补偿无功容量。机构处于感性时,SVG发出容性电流;装置处于容性时,SVG发出感性电流,以抵消与之相反的无功电流。SVG还可以抑制谐波电流。故采用SVG可以高效地抑制IT 装备电源PSU出现的超前(容性)电流。

        对于相同的柴油发电机组,发电机的容量越大,其带容性负载能力将更强。因为参数中心项目中容性负荷存在,因此在选择参数中心发电机组时,发电机容量将会是非常重要的参数之一。注:发电机容量参数与发电机温升息息相关,只有在相同温升要素下比较发电机功率才有意义。不一样温升情况下将不能比较发电机容量的大小。

        在设计装配柴油发电机组时,应该充分保证机房冷空气的流动,能够有效快速地冷却发电机;从发电机规划和生产的角度,发电机应是通过增强空气冷却发电机散热效率的通气构造和手段,使冷却空气从发电机的若干个进风口进入定子和转子之间的气隙,再经过由铁芯与绕组的间隙形成的通风道,进入导流板与铁芯背面之间形成的扁平流道,之后流入发电机内部空腔,再经由出风口流出。

        柴油发电机组在带动容性负载时,容性负载将会产生励磁电流,容性负荷越大,超前功率因数越小,其出现助磁电流越大。

        通过无功补偿办法来调整容性负荷功率因数,使之向功率因数1靠近。功率因数的提高,将大大提升发电机组实载能力。

         超前容量因数负载主要由容性负载致使,具有电流相位超前电压的特征。它在功率因数调校和电压稳定中具有重要功能,但需注意过大补偿可能带来的电压升高和谐振风险。通过合理规划和管理,可以充分利用超前容量因数的亮点,提高柴油发电机组的效率和稳定性。


-------------------------------------
康明斯动力设备(西安)有限公司
提供柴油发电机组销售供应与价格咨询
陕西省服务网络:西安、铜川、宝鸡、咸阳、渭南、延安、汉中、榆林、安康、商洛等附近省市地区
如果想要掌握更多柴油发电机组技术资讯,请在官网http://www.cumins-china.com查询电话联系方式

相关资讯