摘要：在市電中斷時，柴油發電機除在最快的時間內能自起動外，還應該最大限度的滿足應急負荷的起動及供電容量要求，若容量選擇小，電動機起動時電壓降過大，容量選得過大，則運行經濟效益差。文中探討了該如何選擇單臺柴油發電機的容量，選用幾臺柴油發電機并列才能既滿足系統的應急要求，又不造成容量的浪費的問題。

在規模較大的數據中心機房，數臺甚至十幾臺柴油發電機并列運行的情況越來越多。在市電中斷時，柴油發電機除在最快的時間內能自起動外，還應該最大限度的滿足應急負荷的起動及供電容量要求，若容量選擇小，電動機起動時電壓降過大，容量選得過大，則運行經濟效益差。文中探討了該如何選擇單臺柴油發電機的容量，選用幾臺柴油發電機并列才能既滿足系統的應急要求，又不造成容量的浪費的問題。

柴油發電機是內燃發電機的一種，它以柴油為一次能源，柴油機為原動機，它有如下幾個特點：

① 燃料價格便宜，容易保存;

② 構造簡單，輔助設備少;

③ 起動迅速，帶負荷和停機的動作時間短;

④ 操作維護簡單、方便。

正是因為上述特點，柴油發電機在數據中心的使用范圍也越來越廣泛。隨著數據中心機房規模的逐步擴大，高級別配電系統的數據中心機房也在成比例的增加，由于A級機房要求供電系統不能中斷，所以，在規模較大的數據中心機房，數臺甚至十幾臺柴油發電機并列運行的情況越來越多。在市電中斷時，除在最快的時間內能自起動外，還應該最大限度的滿足應急負荷的起動及供電容量的要求，若容量選擇小，電動機起動時電壓降過大。容量選得過大，則運行經濟效益差。那么，該如何選擇單臺柴油發電機的容量呢?選用幾臺柴油發電機并列才能既滿足系統的應急要求，又不造成容量的浪費呢?

1 柴油發電機的功率

(1) 持續功率(COP)(恒定負荷持續運行)

COP為在商定的運行條件下并按照制造商的規定進行維護保養，機組以恒定負載持續運行，且每年運行時間不受限制的最大功率。

(2) 基本功率(PRP)(變負荷持續運行)

PRP為在商定的運行條件下并按照制造商的規定進行維護保養，機組以可變負載持續運行，且每年運行時間不受限制的最大功率。

(3) 限時運行功率(LTP)

LTP為在商定的運行條件下并按照制造商的規定進行維護保養，機組每年運行時間可達500h的最大功率。

(4) 應急備用功率(ESP)

(變負荷限時運行)ESP為在商定的運行條件下并按照制造商的規定進行維護保養，在市電中斷或在試驗條件下，機組以可變負載運行且每年運行時間可達200h的最大功率。

數據中心機房的應急柴油發電機性能等級不應低于G3級;A級數據中心發電機組應按照基本功率(PRP)選擇;B級數據中心發電機組的輸出功率可按照限時運行功率(LTP)來選擇。

2 選擇柴油發電機的必要條件

選擇柴油發電機的必要條件如下：

(1) 安裝現場的環境溫度、濕度和海拔高度

當使用環境的溫濕度和海拔高度超過發電機的額定值時，發電機需要降容使用;

(2) 柴油發電機供電負荷總容量

需要所有柴油發電機供電負荷的容量數據，包括裝機容量、負荷系數、功率因數等。電動機負荷還要給出臺數、效率、起動電流倍數等參數;

(3) 起動順序

①按照負荷的重要性分出起動的先后順序;

②按照負荷大小及起動電流大小，同樣重要的電動機容量大、起動電流大的優先。

③系統允許的電壓降，常用電氣設備端子的電壓偏差允許值。

電動機起動時，其端子電壓應能保證被拖動機械要求的起動轉矩，且在起動時，配電母線上的電壓應符合下列要求：

電動機不頻繁起動時，不宜低于標稱電壓的85%(數據中心機房在柴油發電機供電時，電動機屬于不頻繁起動的情況);

配電母線上未接照明或其他對電壓下降敏感的負荷時，不應低于標稱電壓的80%;

配電母線上只有電動機時，可按照保證電動機起動轉矩的條件決定;對于低壓電動機，還應保證接觸器線圈電壓不低于釋放電壓(從產品樣本中可以查到，查不到樣本時，可按照70%考慮)。

3 柴油發電機的容量選擇和計算

(1) 計算全部應急負荷的容量式中

SG1——按所供全部應急負荷計算的發電機容量，kVA;PSZ——事故照明負荷，kW;ηSZ——事故照明負荷的效率;tgφSZ——事故照明負荷功率因數角的正切值;

PM——電動機的額定容量，kW;ηM——電動機的額定效率，通常可以取0.8～0.9，或由產品樣本中查得;tgφM——電動機功率因數角的正切值;K——需要系數，在數據中心機房應急情況下取1.

(2) 考慮發電機過負荷能力的計算式中

SG2——按滿足需要起動的大容量電動機起動時計算的發電機容量，kVA;

P0——PMmax投運前已投入運行的負荷容量，kVA;

cosφ0——P0負荷的功率因數;

sinφ0——P0負荷的功率因素角的正弦值;

PMmax——投入的最大容量電動機的額定容量，kW;

cosφMmax——最大容量電動機的起動功率因數;

sinφMmax——最大容量電動機的起動功率因數角的正弦值;

KG——發電機的過負荷倍數，一般可取1.5;

β'——相當于PMmax電動機起動時的kVA值與電動機額定容量kW值之比;

β'=β/ηmn×cosφmn

上式中，β——電動機的起動電流倍數;

ηmn——最大容量電動機的效率;

cosφmn——最大容量電動機的功率因數;

Kq——起動電流倍數，詳見表2。

　　(3)按起動時允許電壓降計算

式中，SG3——滿足大容量電動機起動時允許電壓降計算的發電機容量，kVA;

Xd——發電機的電抗，為發電機暫態電抗X'd和次暫態電抗X''d的算術平均值，即Xd=(X'd+X''d)/2，當查不到產品樣本時，Xd一般可取0.15～0.3;

ΔU——起動時母線允許的電壓降，一般可取0.25～0.3V;

按照前面三種要求算出柴油發電機容量后，如果SG2、SG3比SG1大的較多，則說明電動機的起動方式需要進行適當的改變。在選擇柴油發電機容量的時候，需要分析是電動機降壓起動選擇小容量發電機組，還是電動機直接起動選擇較大容量發電機組，應該根據綜合技術經濟比較來確定。

4 數據中心機房柴油發電機選擇實例

某數據中心機房負荷見表3。

其中動力負荷當中，制冷主機功率為340.2kW(容量最大電動機)，水泵為45kW，均為三用一備，柴油發電機的單臺容量及臺數選擇計算如下：

(1) 總的應急負荷計算

從上述計算當中可以發現，此處的柴油發電機總容量已經超過了2500kW，所以其電壓等級應為10.5kV.從負荷計算表中不難發現，2層與3、4層機房的機柜用電量接近，所以可以把動力負荷與機房UPS負荷分為兩個容量接近的部分，然后計算單臺柴油發電機的容量。

(2 )按照發電機過負荷能力選擇的計算

起動時柴油發電機1所帶負荷：2層機房負荷+2層動力負荷+兩臺冷水機組+兩臺水泵=1669.64kW，起動時柴油發電機2所帶負荷：3、4層機房負荷+3、4層動力負荷+一臺冷水機組+一臺水泵+插座=1540.27kW。

可以看出，柴油發電機1所帶負荷大容量電動機臺數多，所以，可以根據柴油發電機1的計算結果確定單臺柴油發電機的容量，計算結果如下：

從上述計算可以看出，在冷凍機采用軟起動方式，起動系數為3時，單臺柴油發電機的容量可以選擇2000kW。

(3)按照母線允許的電壓降計算

綜上所述，本例當中的柴油發電機采用10.5kV，2000kW柴油發電機并機方式或者采用單母線分段接線方式。

5 結束語

數據中心機房柴油發電機系統多使用柴油發電機并機運行的方式，所以在計算柴油發電機容量的時候，需要先對由柴油發電機所帶負荷進行合理的分組，根據分組容量計算單臺容量，再確定臺數，經多方面比較后確定一個既保證系統可靠穩定，又保證良好經濟效益的方案。