康明斯柴油发电机应急供电的优化方案
发布时间：2025-02-02 点击：167
康明斯柴油发电机应急供电的优化方案
近年来，受云服务商和互联网企业业务需求驱动，数据中心市场持续高速发展。柴油发电机组是数据中心配电系统的重要组成部分，对于保障系统安全可靠运行极为关键。数据中心配电系统一方面需要冗余配置以提高可靠性，另一方面为满足日益提高的能效要求需要精简配置以提升配电效率。因此，柴油发电机组的优化方案对于提高系统运行可靠性和节能减排能力至关重要。康明斯公司在本文结合多站融合工程的特点，对康明斯柴油发电机组成的配电系统提出针对性优化建议。
一、数据机房分级
按照gb 50174—2017标准的要求，在不同的场所、机构根据其性质、重要性以及网络中断后造成的损失和社会影响将数据中心分成三个等级，即a、b、c 级，分别为容错型、冗余型、基本型。具体的数据中心机房分级标准及技术要求见表1。
表1 数据中心机房分级标准及技术要求
分级
a级
b级
c级
系统性能
双系统容错
井行维护
基本型
系统供电电源
应为双重电源
宜为双重电漂
两回电源
机柜供电电源
2路电源
2路电源
2路电源
变压器冗余
2n
n+1
n
ups冗余及后各电池时间
2n，15min
n+1，7min
n，按需
柴油发电机冗余及储油量
n+x，12h
当仅有1路供电电源时配置
ups供电时间满足要求时可不配置
a级数据中心配电系统要求最高，需按双系统容错设计，不具备第三路电源供电条件时应配置柴油发电机作为备用电源。b级和c级数据中心配电系统一般不需要配置柴油发电机，且对变压器、柴油发电机组（uninterruptible power supply, ups）及后备电池的配置要求也低于a级数据中心。
二、数据中心常规配电方案
说到数据中心供配电系统，就不得不谈系统架构，关于数据中心供配电系统架构，gb50174 - 2017《数据中心设计规范》在附录“电气”中规定：a级数据中心应满足容错要求，可采用2n系统，也可采用其他避免单点故障的系统配置。a级数据中心供配电系统主要有3种架构：2n、dr、rr。
（1）2n系统
由两个供配电单元组成，每个单元均能满足全部负载的用电需要，两个单元同时工作，互为备用。正常运行时，每个单元向负载提供50 % 的电能，当一个单元故障停止运行时，另一个单元向负载提供100 % 的电能。这种多电源系统冗余的供电方式，克服单电源系统存在的单点故障瓶颈，增加了供电系统可靠性。
a级数据中心常规配电系统如图1所示，a级数据中心常规配电系统采用“2n”架构，中、低压配电柜、变压器、ups和列头柜均采用双套容错配置，另配置中压柴油发电机作为后备电源。2n配置，满足gb50174-2017《数据中心设计规范》中a级机房要求；满足《uptime》中t4等级机房要求；满足《tia942》中t4等级机房要求。
常规配电系统线路图
其特点：2n配置，设备占用空间多，日常运行效率低，初始投资多，操作维护简单。优点是结构简单，易于维护。
（2） dr系统
dr是distribution redundancy的简称，意思是分布冗余。由n（n≥3）个配置相同的供配电单元组成，n个单元同时工作。将负载均分为n组，每个供配电单元为本组负载和相邻负载供电，形成“手拉手”供电方式。正常运行情况下，每个供配电单元的负荷率为66%。当一个供配电系统发生故障，其对应负载由相邻供配电单元继续供电。
dr配置，满足《uptime》中t4等级机房要求。但国家gb50174-2017《数据中心设计规范》和《tia942》未提及这种配置。
dr分布冗余供配电系统
其特点：dr配置，设备占用空间少，日常运行效率较高，初始投资少，操作维护较复杂，电缆路径的物理隔离较困难。优点是运行效率高，节约投资。
（3）rr系统
rr是reserve redundancy的简称，意思是后备冗余。由多个供配电单元组成，其中一个单元作为其它运行单元的备用。当一个运行单元发生故障，通过电源切换装置，备用柴油发电机组继续为负载供电。
rr配置，满足《uptime》中t4等级机房要求。但国家gb50174-2017《数据中心设计规范》和《tia942》未提及这种配置。
rr后备冗余供配电系统
其特点：rr配置，设备占用空间较多，日常运行效率较高，初始投资较多，操作维护复杂，需要大量的sts。优点是投资较少，效率较高。
三、配电系统优化措施
数据中心常规配电系统采用ups实现电子信息设备的供电。根据gb 50174—2017《数据中心设计规范》第3.2.2条，a级数据中心同时满足下列要求时，电子信息设备的供电可采用柴油发电机组系统和市电电源系统相结合的供电方式。
1、设备或线路维护时，应保证电子信息设备正常运行。
2、市电直接供电的电源质量应满足电子信息设备正常运行的要求。
3、市电接入处的功率因数应符合当地供电部门的要求。
4、柴油发电机系统应能够承受容性负载的影响。
5、向公用电网注入的谐波电流分量不应超过现行国家标准gb/t 14549—93《电能质量公用电网谐波》规定的谐波电流允许值。
由于多站融合工程数据中心靠近变电站布置，数据中心的电源一般来自就近变电站的中压馈线，其电能质量、功率因数、谐波分量通常能够满足上述要求，因此具备采用柴油发电机组系统和市电电源系统相结合的供电条件。
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一、数据机房分级
按照gb 50174—2017标准的要求，在不同的场所、机构根据其性质、重要性以及网络中断后造成的损失和社会影响将数据中心分成三个等级，即a、b、c 级，分别为容错型、冗余型、基本型。具体的数据中心机房分级标准及技术要求见表1。
表1 数据中心机房分级标准及技术要求
分级
a级
b级
c级
系统性能
双系统容错
井行维护
基本型
系统供电电源
应为双重电源
宜为双重电漂
两回电源
机柜供电电源
2路电源
2路电源
2路电源
变压器冗余
2n
n+1
n
ups冗余及后各电池时间
2n，15min
n+1，7min
n，按需
柴油发电机冗余及储油量
n+x，12h
当仅有1路供电电源时配置
ups供电时间满足要求时可不配置
a级数据中心配电系统要求最高，需按双系统容错设计，不具备第三路电源供电条件时应配置柴油发电机作为备用电源。b级和c级数据中心配电系统一般不需要配置柴油发电机，且对变压器、柴油发电机组（uninterruptible power supply, ups）及后备电池的配置要求也低于a级数据中心。
二、数据中心常规配电方案
说到数据中心供配电系统，就不得不谈系统架构，关于数据中心供配电系统架构，gb50174 - 2017《数据中心设计规范》在附录“电气”中规定：a级数据中心应满足容错要求，可采用2n系统，也可采用其他避免单点故障的系统配置。a级数据中心供配电系统主要有3种架构：2n、dr、rr。
（1）2n系统
由两个供配电单元组成，每个单元均能满足全部负载的用电需要，两个单元同时工作，互为备用。正常运行时，每个单元向负载提供50 % 的电能，当一个单元故障停止运行时，另一个单元向负载提供100 % 的电能。这种多电源系统冗余的供电方式，克服单电源系统存在的单点故障瓶颈，增加了供电系统可靠性。
a级数据中心常规配电系统如图1所示，a级数据中心常规配电系统采用“2n”架构，中、低压配电柜、变压器、ups和列头柜均采用双套容错配置，另配置中压柴油发电机作为后备电源。2n配置，满足gb50174-2017《数据中心设计规范》中a级机房要求；满足《uptime》中t4等级机房要求；满足《tia942》中t4等级机房要求。
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其特点：2n配置，设备占用空间多，日常运行效率低，初始投资多，操作维护简单。优点是结构简单，易于维护。
（2） dr系统
dr是distribution redundancy的简称，意思是分布冗余。由n（n≥3）个配置相同的供配电单元组成，n个单元同时工作。将负载均分为n组，每个供配电单元为本组负载和相邻负载供电，形成“手拉手”供电方式。正常运行情况下，每个供配电单元的负荷率为66%。当一个供配电系统发生故障，其对应负载由相邻供配电单元继续供电。
dr配置，满足《uptime》中t4等级机房要求。但国家gb50174-2017《数据中心设计规范》和《tia942》未提及这种配置。
dr分布冗余供配电系统
其特点：dr配置，设备占用空间少，日常运行效率较高，初始投资少，操作维护较复杂，电缆路径的物理隔离较困难。优点是运行效率高，节约投资。
（3）rr系统
rr是reserve redundancy的简称，意思是后备冗余。由多个供配电单元组成，其中一个单元作为其它运行单元的备用。当一个运行单元发生故障，通过电源切换装置，备用柴油发电机组继续为负载供电。
rr配置，满足《uptime》中t4等级机房要求。但国家gb50174-2017《数据中心设计规范》和《tia942》未提及这种配置。
rr后备冗余供配电系统
其特点：rr配置，设备占用空间较多，日常运行效率较高，初始投资较多，操作维护复杂，需要大量的sts。优点是投资较少，效率较高。
三、配电系统优化措施
数据中心常规配电系统采用ups实现电子信息设备的供电。根据gb 50174—2017《数据中心设计规范》第3.2.2条，a级数据中心同时满足下列要求时，电子信息设备的供电可采用柴油发电机组系统和市电电源系统相结合的供电方式。
1、设备或线路维护时，应保证电子信息设备正常运行。
2、市电直接供电的电源质量应满足电子信息设备正常运行的要求。
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4、柴油发电机系统应能够承受容性负载的影响。
5、向公用电网注入的谐波电流分量不应超过现行国家标准gb/t 14549—93《电能质量公用电网谐波》规定的谐波电流允许值。
由于多站融合工程数据中心靠近变电站布置，数据中心的电源一般来自就近变电站的中压馈线，其电能质量、功率因数、谐波分量通常能够满足上述要求，因此具备采用柴油发电机组系统和市电电源系统相结合的供电条件。
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