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    数据中心发电机组的选择、设计和安装标准

    DCP功率与备用或应急功率有何区别?“Uptime Institute”是什么机构?对于选择发电机组有何影响力?我们如何确定哪种发电机组更适合数据中心使用呢?

    Pablo Zárate, HIMOINSA Sales Engineer





    数据中心功率 (DCP)在柴发行业的应用持续增长。作为可替代电源,DCP能有效满足数据处理中心 (DPCs)对数据可靠性和可用性的需求。

    那么,DCP功率与备用或应急功率有何区别? “Uptime Institute”又是什么机构,对于选择数据中心机有何影响力?我们如何选择适合数据中心的发电机组呢?



    大数据飞速发展

    随着互联网的飞速发展,几乎所有产业都与网络挂钩,数据和信息流量也随之越来越大。存储、处理和分析大量的数据,即“大数据”成为必然。因此,发电行业也应对该项不同于传统银行、贸易、休闲娱乐或政府机构的产业,推出新标准满足其数据处理和存储需求。

    维持数据中心正常运转及机房散热需消耗大量电力。为保持服务器工作的理想状态,数据中心的温度必须维持在20ºC左右。任何电力中断哪怕短暂几分钟,都可导致企业乃至整个产业链中断,造成巨大经济损失。因此,数据中心不仅需要稳定的电力,其数据处理和存储的持续可用性还必须配备备用电源提供保障。

    挑选适合数据中心的发电机组由以下因素影响:



    1

    主电网的可靠性 


    2

    发电机组整体预算


    3

    数据中心所存数据的重要性

    决定了电源中断时恢复用电的时效


    数据中心的规定和认证

    可靠性和可用性是数据中心为客户提供持续且优质服务的关键,而这两个特性很大程度上都取决于电力供应,尤其当涉及敏感数据时。因此,选择和数据中心数据信息处理量相匹配的供电系统至关重要。

    Uptime Institute作为国际公认组织,对如何设计数据中心和其设施进行规定和认证。它根据数据中心的可用性其分为 I, II, III 和 IV 四个等级。而数据中心配备的持续电源和应急电力设备的数量,是决定该数据中心属于哪一等级的关键要素。



    Uptime Institute等级划分如何影响机组大小?回答这个问题之前,我们要理解如何区分应急电源和替代电源。前者需符合该组织所规定的 I 或 II等级,后者需满足III或IV等级。


    满足Uptime Institute III和IV等级的可替代电源必须在主电源发生故障时在要求的负荷水平下提供持续电力而不受时间限制。依据ISO标准8528-1:2005,这种运行方式可归类为COP(持续运行功率)。


    综上所述,为什么不能按照COP来选择发电机组的容量?

    发动机组的COP功率是标定功率或常用功率的80-90%。根据COP来选择容量,意味着需要选择更大的发动机,从而增加机组成本,也需要更大的安装及散热空间。此外,发动机不能在其最高负载下工作,即100%功率。

    为了提高市场竞争力,并为终端客户节省不必要成本,行业发布DCP数据中心持续功率。根据ISO8528-1:2005标准,DCP大多情况下与PRP相符,即100%功率。但在DCP功率条件下,机组持续供电。在统计和分析故障可能性,及现有设备的实际使用情况后,这些制造商认为,在有稳定电网的国家,应急机组实际投入运行的频次是很小的。而且当真正投入使用时,也只需短时间运行。因此允许发动机以更高的负载率运行。


    DCP如何符合Uptime Institute的要求?

    由于机械特性和热负荷,尽管发动机不能无限时维持PRP功率,但以DCP运行不受时间和平均功率限制 。因此发电机组的大小依据DCP功率便能替代主用电源,达到Uptime Institute III 和 IV等级的要求。

    但如前文所说,DCP的应用建立在主电源故障概率较小的情况下,而部分发动机生产商限定在电网稳定的国家使用。


    在主电网稳定可靠,或数据中心处理非敏感数据或不要求随时读取的情况下,设施的有效性百分比将随之降低,并被归类为Uptime Institute I或II等级,此类数据中心会根据备用功率来选择发电机组,以减少安装费用。



    数据中心机组的选择

    用于数据中心的发电机组及其部件与其它应用的备用机组大致相同,但DCP功率对某些部件的选择会要求更严。

    发动机是机组的动力之源,用于DCP功率的发动机必须配备电子调速器。无论何时发生电网故障,机组都能快速调到合适的电压和频率并迅速启动。参数确立后发动机便能在以后的运行中维持不变。在选用发动机时,不仅需要考虑以上提到的因素,也要考虑其他项目通用的环境因素,如环境温度和海拔等。



    为有严格的可靠性要求的数据中心项目选择发动机,启动系统是非常重要的。事实上,HIMOINSA能提高发动机标配的启动系统,用2台带独立电池系统的电动马达组成的冗余启动系统,或者,用1台电动马达加1台气动或液压马达的组合。

    选择能给启动系统提供足够电流的免维护电池也很关键。此外,与所有备用电源应用相同,为了保证快速启动并迅速带负荷,使用电阻加热器对发动机缸体内的冷却液加热很重要。这样,发生电网故障时,发动机才能处于最合适的温度。加热电阻可加装一个泵,来帮助冷却液循环,这样能让发动机机体冷却液温度更加均衡一致。最后,利用油泵进行预润滑也会提升启动速度。


    发电机当然是发电机组另一个关键部件。一个高效的AVR(自动电压调节)能保持电压变化值低于0.5%;一个设计合理的绕组能维持低谐波失真率和电信干扰值。使用PMG永久励磁可为AVR提供独立于主绕组的电源,在突加载时也能可靠运行,以此保证调节器一可以保持良好的励磁输出。绕组高质量的浸漆、IP23防护等级、甚至防潮加热器,对于发电机组的持续运行至关重要,尤其是在环境湿度高的地方。

     

    在数据中心设施里,发电机组有时安装在底层或地下,让外面的空气自由进入的通道很少,因此冷却装置的选择也很重要。因此发电机组生产商必须有一个经验丰富的工程团队,设计通过中间冷却器和二次回路的方法,在更高的楼层或屋顶安装远程冷却系统。


    发电机组的控制器负责控制、监测和操作上述所有要素。市面上有不同品牌的控制器,用于不同的应用。HIMOINSA有专门为控制我们自己的发电机组而设计的控制器,它们能检测到电网故障,来下指令启动发电机组。发电机组的运行参数及警报位于建筑物里的安装管理系统中,为使它们与发电机组实现一体化,HIMOINSA控制器拥有不同的通信协议。



    结论

    数据中心处理的数据越敏感,能在任何时间及时读取数据的有效性越重要,就越需要可靠的电力设施来为设备提供持续电力,并应对突然停电的紧急情况。由于发电机组是构成这类型设施的一个基础部分,机组的大小必须依据这些相同的标准。现阶段,根据这个功率定义来设计大小的发电机组,我们能依据Uptime Institute制定的标准,看出它能提供的有效性。因此,当发电机组根据备用功率来设计大小时,能满足等级I和等级II;要达到等级III和等级IV,发电机组则必须依据它的DCC功率来选择容量。


    HIMOINSA制造能满足市场需求并符合Uptime Institute最高等级的发电机组。关于什么样的安装方式最符合您的数据中心的需求,我们能为您提供你所需的建议。

    Pablo Zárate Fraga 是一名专门从事大型项目的工业工程师。他从2014开始就职于HIMOINSA公司商业工程部,负责研究新项目的技术可行性,适应每个项目的需求,并控制工程解决方案的质量和成本。

     
     

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