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摘要：作为现代信息技术的核心，数据中心供配电系统的稳定性至关重要，站在柴油发电机组的角度看，数据中心供配电系统就像是一个小型完整的电力系统，涵盖了高压输、变、配等多个环节，以及备用发电系统——柴油发电机组，还有UPS、高压直流等关键设备。近年来，数据中心供配电系统面临诸多痛点，如空载变压器、容性负载、谐波振荡等，这些问题不仅影响系统的稳定运行，也给相关从业人员带来不小的困扰。本文从柴油发电机组的PQ曲线入手，检测柴油发电机组能带多大的负载？进一步了解数据中心的稳定性。结合实际情况提出可行的解决方案，为现代信息技术的发展提供坚实的保障。
关键词：停机；停电；柴油发电机；同步；PQ 曲线；SODR；电压崩溃、谐波振荡、过电压；自励磁；滑极。
1. 简介
中国信息通信研究院《数据中心白皮书2022》报告显示，我国数据中心业务收入持续快速增长，2021年我国数据中心行业市场收入达到约1500亿元，近三年年均复合增长率达30.69%。随着我国各地区、各行业数字化转型的不断深入，我国数据中心市场收入将持续增长。随着数据量的不断增加，数据中心基础设施也面临更大的压力，宕机成本越来越高，数据中心宕机成本也暴涨，导致失去商机、失去声誉、失去时间、精力等资源投入。
全球数字基础设施权威机构发布的《2022年全球数据中心调查》提到，超过一半（55%）的运营商报告称，在过去三年中曾经历过站点宕机。根本原因：
通过上图的数据解读，发电机故障占总数的10%。
2.发电机启动及运行过程可视化管理现状
数据中心柴油发电机组的控制目前正由传统的集中控制向分布式冗余控制系统过渡。集中控制的弊端相当明显，一旦主控系统发生故障，系统将无法启动或并联，造成供电故障。冗余控制系统的并联工作由各机组的并联控制器完成，形成高可靠的分布式冗余控制系统，互为备份，主控系统只负责后台管理运行，开关控制、有功、无功控制均由各自控制器独立完成，各司其职，响应速度快，任一机组控制器发生故障不会影响其他机组的并联运行，所有机组的启动命令都直接来源于系统失压信号，不通过主控系统传输，降低了主控系统故障风险，启动更可靠。一旦某台机组发生同步故障，其他机组不会等待，延时后自动并联。能够保证可靠的并联供电时间，故障率低。
如下图所示，PLC与触摸屏组成主控柜系统，主要完成系统的模式控制和监视控制，提供对外通讯接口，是柴油发电机组的智能管理系统。由于整个并机系统采用分布式冗余控制设计，因此主控系统发生故障不会影响并机系统的运行和可靠供电；通过分级菜单为操作人员显示信息，使操作人员一目了然，能很快了解系统功能和操作方法。通常可显示主系统及发电机组的状态，通常包括以下主要功能：主电路系统单线图、机组参数显示、母线交流参数汇总、机组负荷计量、母线交流参数汇总、报警汇总、信息/时钟设置、密码保护及帮助等。
对于柴油发电机组的负荷管理船舶配件，通常在机组核心控制器上设定一个上限阈值，超过该阈值后给出延时报警输出，这种功率管理方式简单，往往不能很好的反映机组的实际负荷趋势，准确度更是差强人意。近年来，出现了一些利用发电机功率管理曲线来限制无功功率吸收的场景，一旦达到这个极限，就启动然后控制励磁电流，使发电机在特定曲线定义的范围内安全运行。
数据中心内部分用电设备在一定条件下呈现容性状态，如高频设备、变频设备等，柴油发电机组一般都具备一定的承载容性负载的能力，下图是柴油发电机组的PQ曲线：
虽然供应商已经做出了很多努力，但数据中心复杂的供配电系统仍然处于一片混乱的状态。当系统的某个环节出现问题时，供应商之间的相互指责在所难免。数据中心设计者和用户需要与越来越多的供应商合作才能解决问题。随着需要处理的设备制造商越来越多，各厂商设备之间的协调、各厂商工程师之间的协调也变得越来越复杂。工程师往往从自身利益出发船舶配件，而不是从系统整体出发，从不同的角度去判断、识别和解决问题，会自觉或不自觉地推卸责任，各方面的工程经理会当场争论，让本来就很复杂的问题变得更加复杂和难以解决。焦点往往从解决问题和寻找解决方案转移到寻找其他设备的缺陷。一些用户甚至抱怨说，在这种情况下，自己已经从一名工作人员变成了一个必须善于调解的“政治人物”。用户迫切希望得到一个能够减少或消除供应商之间相互推卸责任的解决方案。
3. 的解决方案
SODR柴油发动机在线管理工具
作为全球领先的数据中心关键基础设施解决方案提供商，汇聚了强大的服务专家团队，通过深入的理论研究、多场景的工程实践应用验证、与高校合作的深入研究项目，解决数据中心供配电系统的安全可靠性问题。汽车智能故障诊断仪借助飞机黑匣子的飞行数据记录功能，可以快速读取汽车电控系统中的故障发电机柴油发电机组，并通过液晶屏显示故障信息，快速识别故障部位及原因，输出系统运行报告。
由于数据中心供电系统的复杂性，需要对动态系统的稳定性进行实时高精度、低延时的监测，这需要时间校准、毫秒级测量、回放判断、专家经验植入等。
经过多年的发展发电机柴油发电机组，配电系统黑匣子——SODR于近日正式发布。
索尔多
油机测试在线管理工具，可以通过网络远程连接部署在各个油机节点上的SODR，实时获取SODR监测到的油机数据并将数据可视化在页面，可实时显示油机启动、并联运行时的相位角变化趋势和有效值变化趋势；实时显示油机带载时的功率变化曲线；实时抓取油机报警并按时间图形化显示报警；按时间显示启动、并联、带载过程中的油机瞬时值波形和谐波数据。集成电压崩溃、谐波振荡、过电压（滑差保护区）三大预警功能。
功能模块：
1、节点管理功能：实现站点管理、油机节点管理、时间同步及断线重连功能，可支持最多20台油机并机同时进行负载监控；
2、相角及趋势监视功能：实现在线实时相角监视、趋势监视、历史数据回放及倍速回放功能，监视数据上传/存储间隔可达20mS；相角及趋势监视功能主要实现在线实时监视单台发电机起动过程、多台发电机并联过程中各台发电机输出电压及母线电压的相角差及有效值，方便用户查看发电机起动及并联过程中相角变化趋势及有效值。监视完成后，用户可以随时回放历史监视数据，如下图所示：
3、负荷分析监控功能：实现在线实时功率变化趋势监测功能、历史数据回放及倍速回放功能，监测数据上传/存储间隔可达20mS；
红色：系统高风险区域 黄色：风险警示区域 绿色：建议工作范围
发电机自励磁：在功率因数超前和接近于零的区域，由于电枢反应，为保证输出电压的稳定，励磁系统维持在很低的水平或实际上切断励磁系统。负载越大，发电机自励越剧烈，电压越不稳定。柴油发电机组不能在滑极临界范围内运行。
SODR数据记录仪安装在新建及现有数据中心，实时监测故障数据，后台统一在线读取、处理，并根据实时及回放数据判断超限值，该机结合专家经验及过往大数据记录经验，对存在风险的数据，向数据中心发出高、中、低风险预警。
在一些关键场合，我们需要引入同步发电机的滑极保护：检测发电机是否已经失去同步，或者是否存在较大的危险区域。
负荷监控功能主要实现多台油机在加载过程中，对每台油机的功率数据进行在线实时监控，方便用户在油机运行过程中，实时监控油机功率变化趋势，判断油机负荷是否在厂家给定值范围内。安全功率负荷曲线，避免供配电系统性风险。如下图所示：
四、结论
数据中心机房管理的一个重要方面就是预防性故障分析。预防性故障分析一直是数据中心供电系统的一个难题，用户希望系统具有足够的智能化和自我诊断能力，能够在故障真正发生之前就发现并报告这些潜在的故障。用户还希望能够对系统中各个设备的运行状态进行预警和诊断。传统的维护和检查方式无法检查供配电系统中各个设备的健康状态和老化程度。实时监控：用户更喜欢快速定位故障点：当故障发生时，快速排除故障，有效控制供配电系统的可用性。
作为数据中心的关键基础设施，我们如何确定供电配电系统是否安全？如果配电系统中断，对业务的影响显然是灾难性的。在人员方面，我们邀请有资质的第三方来审查和验证系统是否安全。所有设计的功能是否有效？聘请有资质、经验丰富的运维团队，引入必要的在线监控工具：了解潜在的故障点，了解可能导致停电的原因。借助 SODR 工具，可以有效防止停电事件的发生。
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