摘要：數據中心的后備發電機組承受超前無功功率的能力非常有限，當輸入無功功率大于額定無功功率的20%時，就可能產生運轉不穩，甚至過壓關機。數據中心IT設備電源配置了容量因數調校器和大容量濾波器電容，會產生大量超前電抗電流。這種超前功率因數負載對大電不會造成嚴重不好影響，卻是引起發電機運轉不穩的主要原由。關注和解析潛在的發電機不穩現象是必要的，采取有效的預防辦法是重要的。

參數中心的供電裝置由三級電源構成，第一級是市電/后備發電機，這是數據中心的交流輸入電源。第二級是備用電源，備用電源的作用是保證不間斷供電。第三級是IT裝置的電源單元PSU，PSU為IT裝置供應各種電壓等級的直流電源。在正常情況下，備用電源是電網/備用發電機的負荷，IT設備的PSU是備用電源的負載。當備用電源工作于旁路步驟時，市電/后備發電機直接為IT設備PSU供電。因此，備用電源和IT裝置PSU的輸入功率因數或電流的相位，都會影響發電機運行性能。

在數據中心應用較多的備用電源是雙變換備用電源。傳統雙變換備用電源是有變壓器的備用電源（也稱為工頻備用電源），新型雙變換備用電源是無變壓器備用電源（也稱為高頻備用電源）。工頻雙變換備用電源采用SCR相控整流器，其脈沖式交流輸入電流包含大量的諧波電流，采用6脈沖整流器的雙變換備用電源的輸入電流總諧波失線脈沖整流器的雙變換備用電源的輸入電流總諧波失線%。諧波電流導致容量因數下降，功率因數一般為0.8左右。傳統雙變換備用電源輸入電流是滯后的。

高頻雙變換備用電源采用IGBT整流器，滿載時輸入功率因數接近1，基礎沒有諧波電流。輸入電流的相位是滯后的。但在空載和輕載時會有少量的超前不同相電流和超前容量因數。

綜上所述，備用電源的輸入特征對發電機的不佳危害具體是諧波電流。會引起中性線電流增大，變壓器和備用發電機過熱，發電機輸出電壓失真等。這些問題通常通過配置功率稍大的發電機就可解決。通常不會產生嚴重的發電機運轉不穩情形。

早期的IT設備電源單元PSU是典型的非線性負荷，由于這種電源吸收的諧波電流很大，輸入電流的THD可達0.5以上。雖然這種PSU的不一樣相電流不大，但諧波電流導致功率因數大大下降，通常為功率因數滯后0.6~0.7。當備用電源作業于旁路步驟時，發電機直接為PSU供電，PSU對發電機的危害與經備用電源供電時的危害大致相同。

現代IT裝置PSU都配置功率調校器（PFC），大大減少了諧波電流，達到相關國際標準的要求。容量因數校正器排除了諧波，但沒有減輕不一樣相電流。事實上有配置了功率因數校正的IT設備電源PSU比老式IT設備電源PSU發生的不同相電流更多，而且是超前不同相電流。因此，功率校正器解決了諧波的問題，但出現了更為嚴重的超前不同相電流的問題。下面討論此種IT電源是怎生發生超前不一樣相電流的。

交流輸入端是濾波器，后面是升壓變換器組成的功率因數調校器，其變換頻率為20～200kHz，輸出電壓為400V。最后一級是DC-DC變換器、發生IT裝備需要的12、5、3.3 V等直流電壓。濾波器的用途是預防升壓變換器產生的高頻干擾反饋到大電。濾波器由電感和電容結構，其中市電容Cl是關鍵元件，就是這個元件產生了超前不一樣相電流。導致容量因數從1下降到一定數值超前功率因數。因為電容C1固定加在輸入端，電容導致的超前不一樣相電流是固定的，與IT設備的實際消耗的功率（負載率）無關。這表明，IT裝備負載減少時，IT設備電源的容量因數會隨之下降。因為其有功功率不足了，而超前不一樣相電流保持不變。圖1示出IT裝備電源容量因數變化曲線。

如果服務器是雙電源輸入，通過內部的2個600W的PSU電源供電，假如服務器的實際功率為300W （每個電源150W）。2個PSU電源將作業于圖6中25%的使用點。可以看出此點的功率因數比滿載時的功率因數低得多。通常說來，電源配置得較大或沒有充分利用時，則每瓦IT負載的電容就比較大，因此在總負荷電流中的超前電抗電流就比較大。

綜上所述，現代IT裝備電源單元PSU是典型的超前容量因數負荷，會發生反向無功率或超前不同相電流。而備用發電機組吸收超前無功功率或超前不同相電流的能力非常有限。因此，致使備用發電機組運轉不穩甚至關機的嚴重故障或存在隱患。為此，必須采取高效方案清除這個嚴重問題。

不同的IT設備電源單元PSU的輸入超前不一樣相電流的大小差別很大，可考慮將PSU的輸入超前電流作為購買IT裝備的依據之一。PSU產生超前電流的根源是輸入濾波器的電容，對于典型的IT設備來說，每KW的PSU電源功率一般具有1~10μF的電容范圍，按照輸入電壓和輸入電容可以計算輸入超前電流。建議選取每KW5 μF以下的PSU電源，以保證IT設備功率達到80%時，輸入超前無功容量仍小于發電機額定無功容量的20%。

如前所述，在典型的發電機容量曲線中，發電機吸收無功率的能力用反向（輸入）無功功率（kVAr）的極限表示，發電機工作時的超前無功容量必須小于額定無功功率的20%。也可用超前無功電流極限表示。即發電機作業時的超前無功電流必須小于額定無功電流的20%，以防范發生運轉不穩定的問題。

如前所述，超前無功功率與額定IT電源PSU功率成正比，與實際消耗的IT裝置瓦特數無關。因此，相比于IT負載實際需要的電源容量，未充分利用的電源功率或者電源容量超額布置部分都會帶來額外的輸入電容。故應合理考慮服務器配置舉措的電源利用率，盡量預防電源功率超額布置。

目前，大多數IT裝置都是雙電源輸入負荷。每路電源的功率設計為：當其中一路電源事故時，另一路電源可以承擔全部IT裝備的供電。任何一路電源應能承受突加50%負載的危害。但每個電源通道的交流輸入始終固定接到其中一路大電/發電機交流配電線路，因此，在這種步驟下，即使負載功率加倍，但負載的電容不會改變。但是，如果上游配電電路采用母聯分段步驟（cross tie），母聯開關閉合時，其中一路市電/發電機配電線個電源通道的全部電源裝備，這將致使該路電網/發電機配電線路的電容加倍，因此超前電流加倍。從而對發電機造成嚴重影響。于是，應考慮避免上游配電電路采用母聯分段步驟。

如果發現運轉中的數據中心的超前無功容量較大，可能威脅發電機的安全運轉，可以考慮裝配電感負荷箱排除。電感負荷箱裝配在發電機輸出母線上，可以提供固定量的滯后不同相電流，以抵消IT設備產生的超前不一樣相電流。這類似于常規電路中感性負載較多引起功率因數下降時，用電容進行容量因數補償。可以采用帶自動開關的電感負荷箱，根據需要加上和撤除電感負載箱。

SVG是典型的電力電子設備，可用于動態補償無功功率。系統處于感性時，SVG發出容性電流；系統處于容性時，SVG發出感性電流，以抵消與之相反的無功電流。SVG還可以抑制諧波電流。故采用SVG可以高效地抑制IT 設備電源PSU發生的超前（容性）電流。

對于相同的柴發機組，發電機的功率越大，其帶容性負載能力將更強。因為參數中心項目中容性負載存在，因此在選型參數中心發電機組時，發電機功率將會是非常重要的數據之一。注：發電機容量參數與發電機溫升息息相關，只有在相同溫升要素下比較發電機容量才有意義。不同溫升狀況下將不能比較發電機容量的大小。

在規劃安裝柴油發電機組時，應該充分保證機房冷空氣的流動，能夠有效快速地冷卻發電機；從發電機設計和生產的角度，發電機應是通過提高空氣冷卻發電機散熱效率的通風組成和方式，使冷卻空氣從發電機的若干個進風口進入定子和轉子之間的氣隙，再經過由鐵芯與繞組的間隙形成的通風道，進入導流板與鐵芯背面之間形成的扁平流道，之后流入發電機內部空腔，再經由出風口流出。

柴油發電機組在帶動容性負荷時，容性負載將會產生勵磁電流，容性負荷越大，超前功率因數越小，其發生助磁電流越大。

通過無功補償措施來調節容性負荷容量因數，使之向容量因數1靠近。容量因數的提升，將大大提升發電機組帶載能力。