CN112462260A - 一种柴油发电机带载性能测试系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种柴油发电机带载性能测试系统及方法，将柴油发电机和不间断电源以及感性负载和容性假负载整体搭建在一起，形成一个近似数据中心真实的容性电气环境的链路架构，达到模拟数据中心投产后负载是感性和容性共有的特点，在从柴油发电机到变压器再到不间断电源以及末端负载均具备的状态下，验证在模拟的真实环境下柴油发电机启动时的带载性能，解决了后续如果在真实环境中启动柴油发电机时有启动失败风险的后顾之忧。

Description

一种柴油发电机带载性能测试系统及方法

技术领域

本发明涉及柴油发电机技术领域，尤其涉及一种柴油发电机带容性负载链路的性能测试系统及方法。

背景技术

目前，柴油发电机是数据中心自备的备用电源，当数据中心市电失电后，柴油发电机将成为数据中心电力供应的最后一道屏障。

根据《GB50174-2017》8.1.14章节的规定，数据中心的柴油发电机性能等级要达到G3。G3的性能等级对柴油发电机的稳态频率和电压，瞬态频率和瞬态电压偏差及恢复时间等运行限值要求都比较高。

正常情况下柴油发电机在限定的标准环境下可以按照额定功率带载，尤其是阻性和感性的线性负载环境。数据中心的动力设备，如水泵，冷却塔，精密空调，荧光灯都是感性负载，但是如果负载中有大量的整流器、逆变器、可控硅等类型的容性负载，如：不间断电源,服务器等非线性负载，柴油发电机在带载时的电压和频率偏差以及恢复时间可能会超过规定的限值，柴油发电机的带载能力会降低，严重时会大大降低甚至停机，数据中心的最后一道屏障将会失效。

因此需要模拟数据中心真实的负载情况，对柴油发电机进行带非线性负载测试，对数据中心的备用电源系统的可用性进行提前验证，是一种事前质量控制的办法，可以为数据中心投产后的电力可用性提供一种保障。

数据中心投产后，柴油发电机启动时接管的负载多样，如动力设备，不间断电源，服务器等，动力设备多为阻性和感性，服务器设备多为容性。最近一两年开始注重用容性假负载测试柴油发电机的带载性能，也开始注重用容性假负载测试不间断电源的带载性能，但是模拟柴油发电机启动时的最真实的环境，测试柴油发电机和不间断电源同时接管服务器的带载性能的测试比例不高。需要研究模拟柴油发电机启动时同时带载动力设备、不间断电源以及综合负载时，柴油发电机和不间断电源能否可靠的配合工作。

发明内容

有鉴于此，本公开提供一种柴油发电机带载性能测试系统及方法，技术方案如下：

一方面，本发明提供了一种柴油发电机带载性能测试系统，包括：动力设备变压器、感性负载、IT设备变压器、不间断电源、配电柜、容性假负载、柴油发电机测试仪表、不间断电源测试仪表，动力设备变压器向感性负载供电，IT设备变压器先经过不间断电源再经过配电柜向容性假负载供电，柴油发电机测试仪表连接被测的柴油发电机输出端，测试柴油发电机的带载性能，不间断电源测试仪表连接不间断电源的输入端和输出端，测试不间断电源的性能，用于判断柴油发电机与不间断电源兼容配合工作的可靠性。

进一步地，所述的感性负载，是真实的动力设备负载或模拟真实的电力设备负载的假负载。

进一步地，所述的容性假负载使用分布式的容性假负载。

进一步地，所述的柴油发电机测试仪表，包括电能质量测试仪表和柴油发电机工作状态检测系统，电能质量测试仪表接入到柴油发电机的输出端，用于测试柴油发电机的带载能力，测试的性能参数包括电压、电流、功率、谐波、相位、稳态频率、瞬态频率和瞬态电压偏差和恢复时间；柴油发电机工作状态检测系统用于检测柴油发电机工作状态，包括机油压力、水温、电池电压、电压、频率、电流、功率。

进一步地，所述的不间断电源测试仪表用于测试不间断电源的输入端和输出端的电气性能参数，包括电压、电流、相位角、频率、功率因数。

另一方面，本发明提供一种柴油发电机带载性能测试方法，包括如下步骤：

步骤1：确定参与测试系统的设备；

步骤2：准备容性假负载和测试仪表；

步骤3：匹配被测设备、感性负载和容性假负载；

步骤4：测试系统安装；

步骤5：启动柴油发电机同时负载切换到柴油发电机；

步骤6：记录测试结果。

进一步地，所述的步骤1，确定参与测试系统的设备，包括选定被测的柴油发电机、动力设备变压器、IT设备变压器、不间断电源。

进一步地，所述的步骤2，准备容性假负载和测试仪表，在柴油发电机100％主用功率、功率因数为-0.85的负载工况下选择容性假负载，准备的测试仪表包括柴油发电机测试仪表和不间断电源测试仪表。

进一步地，所述的步骤6记录测试结果，测试系统持续工作1小时，每15分钟记录一次测试数据，检查判断各项参数与测试要求的符合性。

本发明提供一种柴油发电机带载性能测试系统及方法，本发明解决了现有技术存在的问题，将柴油发电机和不间断电源以及感性负载和容性假负载整体搭建在一起，达到模拟数据中心投产后真实的负载包括感性负载和容性负载的特点，在从柴油发电机到变压器再到不间断电源以及末端负载均具备的状态下，模拟真实环境测试柴油发电机启动时的带载性能，解决了后续如果在真实环境中启动柴油发电机时有启动失败风险的后顾之忧。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，使得本申请的其它特征、目的和优点变得更明显。本申请的示意性实施例附图及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本发明提供的一种柴油发电机带载性能测试系统结构组成示意图；

图2为本发明提供的一种柴油发电机带载性能测试方法示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本申请中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本申请及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。

并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本申请中的具体含义。

另外，术语“多个”的含义应为两个以及两个以上。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

实施例一

本发明实施例一，提供了一种柴油发电机带载性能测试系统，模拟数据中心投产后真实的负载包括感性负载和容性负载的特点，在从柴油发电机到变压器再到不间断电源以及末端负载均具备的状态下，模拟真实环境测试柴油发电机启动时的带载性能。

如图1所示，一种柴油发电机带载性能测试系统，包括：动力设备变压器、感性负载、IT设备变压器、不间断电源、配电柜、容性假负载、柴油发电机测试仪表、不间断电源测试仪表。具体实施时，柴油发电机是被测试对象，用于市电断电后向动力设备变压器和IT设备变压器供电，市电用于在柴油发电机启动前给动力设备变压器和IT设备变压器供电，动力设备变压器向供电感性负载供电，IT设备变压器先经过不间断电源再经过配电柜向容性假负载供电，柴油发电机测试仪表连接被测的柴油发电机输出端，测试柴油发电机的带载性能，不间断电源测试仪表连接不间断电源的输入端和输出端，测试不间断电源的性能，用于判断柴油发电机与不间断电源兼容配合工作的可靠性。

感性负载，是真实的动力设备负载或模拟真实的电力设备负载的假负载。

容性假负载使用分布式的容性假负载。容性负载的特性是其电流超前电压一个相位角，也就意味着容性负载工作时的功率因数降低，电源系统输送的有功也会降低，而当容性负载的功率不变时也就意味着系统输入的功率要升高，数据中心的重要负荷服务器均为容性负载，主流的服务器的配电均来自于不间断电源,也就是说当服务器横功率启动和运行时，不间断电源的输入有功要变大，不间断电源的有功变大时，不间断电源需要从系统输入的功率要变大，在使用柴油发电机供电的模式下，不间断电源的输入有功来自于柴油发电机，这时就需要柴油发电机发出更多的有功，这种极端的情况有可能造成柴油发电机停机。测试时如果直接用柴油发电机带载大型容性假负载，不能验证末端容性负载经过不间断电源带载时的工况，因此需要在不间断电源输出端安装分布式容性负载进行测试。分布式容性假负载本身具有容性的特点，其电流超前电压一个相位角，且可以保持横功率的运行，能安装在不间断电源输出端，能够从其上级系统不间断电源消耗更多的有功。随着行业的发展，终端客户对数据中心的电力持续性的要求越来越高，数据中心电力运行人员对配电系统的安全要求也越来越高，有必要使用分布式容性假负载对数据中心的配电系统进行测试。

具体实施时，IT设备变压器、不间断电源、配电柜、容性假负载可以根据实际情况选择至少一组。

柴油发电机测试仪表，包括电能质量测试仪表和柴油发电机工作状态检测系统，电能质量测试仪表接入到柴油发电机的输出端，用于测试柴油发电机的带载能力，测试的性能参数包括电压、电流、功率、谐波、相位、稳态频率、瞬态频率和瞬态电压偏差和恢复时间。具体实施时，电能质量测试仪表可以测试连续的数据，并可导出波形图；柴油发电机工作状态检测仪系统用于检测柴油发电机工作状态，包括机油压力、水温、电池电压、电压、频率、电流、功率。具体实施时，柴油发电机可以使用自身具有的检测系统，检测结果可在柴油发电机自带的控制面板上显示，还可以包括热成像仪，噪音计等，用于测量记录数据。

不间断电源测试仪表用于测试不间断电源输入端和输出端的电气性能参数，包括电压、电流、相位角、频率、功率因数。

具体实施时，仪表可选择电能质量测试仪FLuke435，分别在不间断电源输入端和输出端各安装一个电能质量测试仪FLuke435。不间断电源本身可以读取一些数据，但是不间断电源本身读取数据的间隔较大，不能很好的捕捉到参数瞬时的变化，且数据不能导出图形。使用电能质量测试仪，可以很好的记录并导出数据，方便进行统计和分析。如果在使用不间断电源带容性假负载的过程中，不间断电源的运行参数发生了较大的变化，如功率激增，电流激增等，这些数据都可以通过电能质量测试仪捕捉到，假设真的在此突变过程中柴油发电机停机，可以通过记录的这些数据判断柴油发电机停机的时间，以及停机时柴油发电机的运行参数，方便和柴油发电机的额定参数进行对比，分析测试失败的原因以及寻找解决办法。

实施例二

本发明实施例二，如图2所示，提供了一种柴油发电机带载性能测试方法，包括如下步骤：

步骤1：确定参与测试系统的设备；

确定参与测试系统的设备，包括选定被测的柴油发电机、动力设备变压器、IT设备变压器、不间断电源，具体实施时，可以选择动力设备变压器下的动力设备作为测试的感性负载，还可以根据动力设备的真实负载情况选择模拟阻性负载和感性负载。具体实施时，如果感性负载，选择真实的动力设备负载，那么步骤1还包括选定参与测试系统的电力设备负载。数据中心一般会有几台或者十几台变压器，具体实施时可随机选择一台动力设备变压器和一台IT设备变压器，两台变压器的负载加在一起的功率达到一台柴油发电机的主用功率。

步骤2：准备容性假负载和测试仪表；

具体实施时，在柴油发电机100％主用功率、功率因数为-0.85的负载工况下选择容性假负载，因为容性负载的特点是电流超前于电压，因此功率因数可以理解为负数，采用-0.85的功率因数就是说在该柴油发电机带载时计算容性负载和感性负载的数量，使整个负载组合后的功率因数为-0.85。容性负载的功率因数可调，本发明的一个具体实施例，容性负载的功率因数调整范围是-0.6～-0.9，容量可调，额定容量为80-120Kvar，此参数不作为本发明的限定，可根据容性假负载的说明书更新参数，容性假负载可以采用租赁的方式取得。准备的测试仪表包括柴油发电机测试仪表和不间断电源测试仪表。

具体实施时，如果感性负载选择模拟真实的电力设备负载的假负载，那么步骤2还包括准备参与测试系统的感性假负载。

步骤3：匹配被测设备、感性负载和容性假负载；

本发明的一个具体实施例，采用单台1800kw的柴油发电机和变压器、不间断电源及真假负载组成一个测试系统，匹配和计算过程如下：

单台柴油发电机视在功率2250KVA,负载功率因数为0.85,负载有功功率为1912.5kw。

容性负载功率为:

匹配的时候在不间断电源输出端安装10台额定功率为120Kvar的容性假负载，使其无功功率为1185Kvar。

在动力设备变压器下开启若干真实感性负载，使其有功功率达到1912kw。

步骤4：测试系统安装；

测试时市电和变压器和已经连接完成，柴油发电机和变压器已经连接完成。这是数据中心配电系统长期保持的状态，需要将临时的测试假负载连接到不间断电源输出端，需要将测试仪表连接在不间断电源输入端、输出端和柴油发电机输出端。

步骤5：启动柴油发电机同时负载切换到柴油发电机；

具体实施时，可以手动开启柴油发电机，也可以使用控制系统启动柴油发电机，同时将市电供电下的动力设备变压器、感性负载、IT设备变压器、不间断电源、配电柜、容性假负载切换到由柴油发电机接管。

步骤6：记录测试结果；

测试系统持续工作1小时，每15分钟记录一次测试数据，利用测试仪器记录，并可导出数据，检查判断各项参数与测试要求的符合性。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种柴油发电机带载性能测试系统，其特征在于，包括：动力设备变压器、感性负载、IT设备变压器、不间断电源、配电柜、容性假负载、柴油发电机测试仪表、不间断电源测试仪表，动力设备变压器向感性负载供电，IT设备变压器先经过不间断电源再经过配电柜向容性假负载供电，柴油发电机测试仪表连接被测的柴油发电机输出端，测试柴油发电机的带载性能，不间断电源测试仪表连接不间断电源的输入端和输出端，测试不间断电源的性能，用于判断柴油发电机与不间断电源兼容配合工作的可靠性。

2.根据权利要求1所述的一种柴油发电机带载性能测试系统，其特征在于，所述感性负载，是真实的动力设备负载或模拟真实的电力设备负载的假负载。

3.根据权利要求1所述的一种柴油发电机带载性能测试系统，其特征在于，所述的容性假负载使用分布式的容性假负载。

4.根据权利要求1所述的一种柴油发电机带载性能测试系统，其特征在于，所述的柴油发电机测试仪表，包括电能质量测试仪表和柴油发电机工作状态检测系统，电能质量测试仪表接入到柴油发电机的输出端，用于测试柴油发电机的带载能力，测试的性能参数包括电压、电流、功率、谐波、相位、稳态频率、瞬态频率和瞬态电压偏差和恢复时间；柴油发电机工作状态检测系统用于检测柴油发电机工作状态，包括机油压力、水温、电池电压、电压、频率、电流、功率。

5.根据权利要求1所述的一种柴油发电机带载性能测试系统，其特征在于，所述的不间断电源测试仪表用于测试不间断电源输入端和输出端的电气性能参数，包括电压、电流、相位角、频率、功率因数。

6.一种柴油发电机带载性能测试方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：确定参与测试系统的设备；

步骤2：准备容性假负载和测试仪表；

步骤3：匹配被测设备、感性负载和容性假负载；

步骤4：测试系统安装；

步骤5：启动柴油发电机同时负载切换到柴油发电机；

步骤6：记录测试结果。

7.根据权利要求6所述的一种柴油发电机带载性能测试方法，其特征在于，所述的步骤1，确定参与测试系统的设备，包括选定被测的柴油发电机、动力设备变压器、IT设备变压器、不间断电源。

8.根据权利要求6所述的一种柴油发电机带载性能测试方法，其特征在于，所述的步骤2准备容性假负载和测试仪表，在柴油发电机100％主用功率、功率因数为-0.85的负载工况下选择容性假负载，准备的测试仪表包括柴油发电机测试仪表和不间断电源测试仪表。

9.根据权利要求6所述的一种柴油发电机带载性能测试方法，其特征在于，所述的步骤6记录测试结果，测试系统持续工作1小时，每15分钟记录一次测试数据，检查判断各项参数与测试要求的符合性。

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