柴发机组实载能力优化办法

柴油发电机组在数据中心行业的特征应用场景下，容性带载能力及突加重载能力一直是行业探求和克服的应用难题，国科参数中心将从测试和技术研究的角度来分析其中的奥妙，抛砖引玉。处置方式思路从柴油发电机成功带载的测试看，只要错开每套高压直流的起动时间，同时优化高压直流的容量walk in缓起动特性，增长ATS1和ATS2投切开关之间的间隔时间，防范柴油发电机带载起动程序的所有高压直流装置同时电网流加载，即可处理该问题。因此可以根据该思路从本文阐述的几个方面进行整改优化。

（1）修改高压直流模块软件改变模块起动方式（增加容量walk in用途）：让每个整流模块的输出电流逐步增加，经过几秒到几十秒的加载时间，最后增加到额定输出电流。通过这种模式设计，解决了模块通电起动瞬态直接满载输出的情况，使整个起动程序缓慢加载，预防了对后级电池过电流充电的风险，同时减少柴油发电机的直接冲击。该修改只要对模块出厂前设计好即可，现场无需再修改设置。

（2）通过监控模块修改装置起动时间：目前整流模块的起动时间是固定的一个值写在整流模块里，可以修改监控软件增加监控模块对整流模块起动时间设置功用。即可以对每套高压直流装置设置不同的来电后起动时间，该启动时间值会写入所有整流模块，模块来电自起动后，待延时至预设置的时间后，才起动输出。根据现场情形，可以设置每套不一样的启动时间，错开每套启动的时间。该修改需要在现场根据实际状况进行设置。

（1）通过错开ATS1和ATS2的自动转换时间，预防两个ATS在同一时刻转换，减少对柴油发电机的同时大电流冲击。同时适当增长ATS1和ATS2之间的时间间隔，适当减少两者负荷增加步骤的重迭部分，但间隔不宜过长引起电池过量放电。

（2）在配电方面还可以考虑通过PLC硬件控制电操装置，逐个合闸高压直流系统输入开关，防范同时启动。以实例为例，可以对每套高压直流的整流屏的输入开关换成带延时功用的接触器，通过设置不一样的来电合闸时间，也可以实现每套装置分别启动。

A、B高压直流工厂经熟悉状况后，对系统及模块的运行步骤均进行了修改，详细修改了以下几个方面：

2）打开了模块walk-in功能，使装置内每个模块按每秒一个逐个起动，防范了同一套系统内所有模块同时起动；

3）调整了模块输出电压模式，采用跟踪直流母线电压方法，起动时输出直流电压比电瓶低5V，后续输出电压按1V/秒进行调压，避免了装置起动输出瞬间产生电网流。修改后的启动波形如图15所示。在机房配电侧则延长ATS1和ATS2转换时间间隔至数十秒。

根据前面的思路，通过优化后重新进行了柴油发电机带载转换测试，柴油发电机采用自动投入模式，柴油发电机加载步骤如图16所示。从图中可以看出，柴油发电机输出功率不会瞬态突加，实载过程非常平滑稳定电压无振荡。和原来未改之前的图13相比较，没有了瞬间大电流冲击的情形，输出功率增加缓慢爬升，柴油发电机实载至约2KW都正常运行。这个起动程序也和图14的测试也类似，区别是当时采用的是手动控制每套系统间隔投入玉柴发电机组官网，此次是系统自动间隔投入。

玉柴发电机公司还可以柴油发电机每相容量和PF值曲线可以看出，柴油发电机的启动程序中的确出现了前面分析的带容性负载的状况，PF值在-1到+1之间振荡着。随着更多高压直流的投入并实载（已投入运行的高压直流PF值达到1），柴油发电机所带负荷的总PF值也逐步转为正值，最后全部高压直流负载带上后柴油发电机PF值达到1的优秀水平。随着总负荷特点由容性转为感性再到阻性，柴油发电机实载能力逐步增强，更进一步处理了柴油发电机带容性负载问题。

总结综合测试来看，经过前面几项措施调节优化实施后，柴油发电机可以在停大电后，自动带满载正常启动。从市电停电至转换到柴油发电机启动带上全部载，整个程序时间几分钟，而任何一套高压直流装置满载电瓶备载时间按超过15分钟规划，总体备份时间风险可控。初步总结：

1）开关电源类负荷，比如高频模块化备用电源、高压直流、服务器PSU等在正常工作时由于有PFC电路，基础呈现阻性负载特性，PF值接近1。但是在电网转柴油发电机供电的启动瞬间则呈现很强的容性负荷特点，柴油发电机需要对这些开关电源内部的电容进行充电，易导致柴油发电机受容性大电流冲击而被拉跨。

2）典型柴油发电机带载特点曲线上看，在容性负载下实载能力快速回缩，如果直接一步带容性负载到重载很容易被拉跨，但在低压柴发配电架构下可采用单电源系统级分时逐个投入，则柴油发电机启动成功的概率大大增加。

3）此外，电源装置内每个整流模块输出容量walk-in功用对电池电流过充，以及柴油发电机起动冲击都有好处，推荐此作用可以作为高压直流系统的基础配置要求，写入高压直流相关标准中，用户可以根据实际需要决定是否启用。

4）如果高压直流系统级监控无法实现每套电源逐个开机用途，则可以在规划阶段考虑采用在每套系统的输入端配电开关增加分时接触器来进行延时控制。

5）如果在业务的必要性等方面有先后，可以采用负载优先排列模式，将重要负荷优先投入，再投入次级优先性负荷，直到所有负载都全部实现投入。同时建议先加较大的负载(尽量不要超过20%到30%的柴油发电机容量)，这样大负荷的危害在装置加至重载前，降低对于装置其他负载的影响。卸载流程刚好相反处理。

6)高压直流系统起动模式修改后，整体的带载时间加长，对于延后启动时间长的系统，对蓄电池的容量性能要求过高，建议做好相关的精确化维护工作，制定相应的应急预案。

7)发电机带容性负荷的能力，特别是启动突加容性负荷的能力，是标准忽视的。通常发电机是按0.8感性负荷规划，但实际很可能带的是容性负荷，因此招标或选购时的相关数据往往容易被忽视，引荐厂验和测试验证阶段重点关注。十、其他解决柴油发电机带容性负荷的对策前面简要介绍了柴油发电机阻抗特点，集中式中压柴油发电机优势和分布式低压柴油发电机的区别，结合某案例对低压柴油发电机带容性负载问题解决流程做了具体剖析。目前国内在这方面的研讨成果不多，经验也不足，如果能在设计阶段就将这个问题考虑进去，就不会被动陷入后期整改麻烦，这里在最后补充一些提前设计的可能方案。

下图是facebook参数中心的应用实例，在列头柜内下部安装有感性电抗器，用于抵消其电网直供服务器PSU电源的容性启动冲击，对PF和THDi都有一定提高，但带来了360W的功耗。对于普通用户，因对负载不清，不太容易设计实施。

传统的电容补偿柜方法不适合于容性负载场合，采用有源滤波器(APFC)和静止同步补偿器(STATCOM)也有成本太高，易损坏等不足，目前其他行业在用的SVG产品在成本和性能方面较为折衷，值得研究跟进。

3、采用定制walk in功用服务器电源途径如果电网直供的完全分布式供电架构，则可以在服务器电源内部设置10到15秒功率逐步放开的容量walk in作用，如图20所示的微软LES定制PSU电源。减轻了ATS切换瞬间对柴油发电机的满功率瞬态冲击(此程序的IT负载部分由PSU内置的电池来承担)，而且这个功率walk in的电流是靠LES分布式电源可控的逐步放开增加。因此柴油发电机不会受到满载瞬间冲击带来的失压振荡，同样在10到15秒内逐步带起全部的负荷，保证了ATS转换的可靠性，减轻了对柴油发电机的冲击振荡伤害，提升了总装置可靠性。