大容量发电机组负载特性研究.ppt

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1、中国移动集团重点/联合研发项目结题汇报报告,项目名称：大容量发电机组负载特性研究项目编号：,一.开题计划完成情况,目 录,二、主要研究成果,1.1 研究背景及目标,柴油发电机组在机组铭牌、发动机铭牌、发电机铭牌的标示上同相关国标、行标对应关系相对模糊，需要理清其中的关系，提出适合通信机房的铭牌标示。柴油发电机组在不同海拔、不同环境温度下，带不同功率因数、不同谐波含量的负载时，其实际带载能力没有一个衡量标准。当机房的设计有功功率、无功功率、谐波电流含量在一定范围内时，如何合理选择既满足可靠性要求，又不会造成配置浪费的发电机组，是目前迫切需要解决的问题。,研究背景,通过对不同发电机组铭牌功率和相关

2、国家、行业标准的研究，提出通信用发电机组功率标示建议。通过对各类通信电源负荷（UPS、开关电源、机房空调等）的输入电气特性和主要几种发电机组带载特性的测试、研究，最终针对典型通信机房的负荷特性，建立经济、合理配置发电机组的模型。,研究目标,1.1 研究背景及目标,1.2 主要研究内容及分工,主要研究内容,测试通信电源、空调设备的主要电气特性：(1)功率因数、谐波：电源、空调设备在各种不同负荷率下的功率因数、输入谐波电流等。(2)不同机房类型总的功率因数、谐波情况。测试验证常用发电机组在各种负荷下的负载特性：(1)发电机组在规定功率因数范围内的实际带载能力；(2)发电机组在规定总谐波电流范围内的

3、实际带载能力。对测试情况进行分析，提出现代通信机房发电机组的发动机、电球的匹配建议。,1.2 主要研究内容及分工,项目分工,1.3 开题计划完成情况总结,本项目各参与方顺利完成开题计划安排的各项工作任务，基本取得预期的研究成果；,开题计划执行情况,发电机组在不同海拔、不同环境温度下，带不同功率因数及不同谐波电流负荷时的实际带载性能数据受实验条件所限，仅参考主流厂家提供的技术参数及性能数据；,研究中存在的不足,一.开题计划完成情况,目 录,二、主要研究成果,2.1柴油发电机组的标定功率,2.1.1功率标定类型,国标GB/T2820.1-2009（同ISO8528.1-2005）：持续功率（COP

4、）基本功率（PRP）限时运行功率（LTP）应急备用功率（ESP）行标YD/T502-2007：额定功率企标QB-W-011-2008：主用机组额定功率备用机组额定功率,国内品牌发电机组标定功率：长行功率（Prime Power）备用功率（Standby Power）国外品牌发电机组标定功率：备用功率（Standby Power）长行功率（Prime Power）连续功率（Continuous Power）限时运行功率（Limited Running Time Power）,2.1柴油发电机组的标定功率,持续功率（COP）在商定的运行条件下并按制造商规定的维修间隔和方法实施维护保养，发电机组每年

5、运行时间不受限制地为恒定负载持续供电的最大功率。一般适用于作为电站或与市电并网使用等负载变化极小的连续运行工况。,国标GB/T2820.1-2009功率标定,2.1柴油发电机组的标定功率,基本功率（PRP）在商定的运行条件下并按制造商规定的维修间隔和方法实施维护保养，发电机组能每年运行时间不受限制地为可变负载持续供电的最大功率。在24h运行周期内允许的平均功率输出（Ppp）应不超过PRP的70，除非与RIC发动机制造商另有商定。,国标GB/T2820.1-2009功率标定,在确定某一可变功率序列的实际平均功率输出（Ppa）时，功率小于30PRP时按30计，停机时间不包括在内。在要求允许的平均功

6、率输出Ppp较规定值高的应用场合，应使用持续功率COP。,2.1柴油发电机组的标定功率,限时运行功率（LTP）在商定的运行条件下并按制造商规定的维修间隔和方法实施维护保养，发电机组每年供电达500h的最大功率。,国标GB/T2820.1-2009功率标定,按100限时运行功率每年运行的最长时间为500h。新版标准没有连续运行时间规定，而GB/T2820.1-1997中LTP规定按100限时运行功率每次可以连续运行300h。,2.1柴油发电机组的标定功率,应急备用功率（ESP）在商定的运行条件下并按制造商规定的维修间隔和方法实施维护保养，在市电一旦中断或在试验条件下，发电机组每年运行达200h的

7、某一可变功率系列中的最大功率。在24h运行周期内允许的平均功率输出（Ppp）应不超过ESP的70，除非与RIC发动机制造商另有商定。,国标GB/T2820.1-2009功率标定,在确定某一可变功率序列的实际平均功率输出（Ppa）时，功率小于30ESP时按30计，停机时间不包括在内。GB/T2820.1-1997中没有该功率定义。,2.1柴油发电机组的标定功率,额定功率发电机组在规定的基准条件下应能按照额定功率连续运行12h（其中包括过载10%运行1h）；该机组超出12h连续运行时（在按使用说明书规定进行保养的条件下）其输出功率不低于机组额定功率的90%。,行标YD/T502-2007功率标定,

8、基本同国标持续功率（COP)对应。与COP不同点1：可过载10%运行(1h/12h）。与COP不同点2：连续运行超12h时功率输出允许降容10%。,基准条件：海拔高度：不超过1000m；环境温度：-540；空气相对湿度：90%（25）。,2.1柴油发电机组的标定功率,主用机组额定功率发电机组在额定工况条件下，在厂家规定保养周期内，应能按额定功率连续运行，且每12h内应能过载10%运行1h。,企标QB-W-011-2008功率标定,基本同国标持续功率（COP)对应。与COP不同点：可过载10%运行(1h/12h）。,额定工况条件：海拔高度：不超过1000m；环境温度：-540；空气相对湿度：90

9、%（25）。,2.1柴油发电机组的标定功率,备用机组额定功率发电机组在额定工况条件下，在厂家规定保养周期内，应能按额定功率连续运行24h；连续运行超过24h时，其输出功率不低于机组额定功率的90%。备用机组每年允许的累计运行时间应不低于500h。,企标QB-W-011-2008功率标定,基本同国标限时运行功率（LTP）对应。与LTP不同点：对连续运行时间有明确规定，而新版国标LTP对连续运行时间无规定。,额定工况条件：海拔高度：不超过1000m；环境温度：-540；空气相对湿度：90%（25）。,2.1柴油发电机组的标定功率,长行功率（Prime Power）在商定的运行条件下并按制造商的规定

10、进行维护保养，发电机组以可变负荷持续运行，且每年运行时数不受限制的最大功率。24h运行周期内允许的平均功率输出（Ppp）应不超过PRP的70，除非与RIC发动机制造商另有商定,科泰柴油发电机组功率标定,等同于国标基本功率（PRP）。,备用功率（Standby Power）在商定的运行下并按制造商规定的维修间隔和方法实施维护保养，发电机组每年供电达500h的最大功率。,等同于国标限时运行功率（LTP）。,2.1柴油发电机组的标定功率,长行功率（Prime Power）在规定的维修周期之间和规定的环境条件下，每年可能运行的时数不受限制的某一可变功率序列内存在的最大功率，且总的负载因素不超过70%，

11、每运行12小时允许超载10%运行1小时。,卡特柴油发电机组功率标定,基本同国标基本功率（PRP）对应。与PRP不同点：可过载10%运行(1h/12h）。,备用功率（Standby Power）在商定的运行下并按制造商规定的维修间隔和方法实施维护保养，发电机组每年供电达500h的最大功率。,等同于国标限时运行功率（LTP）。,连续功率（Continuous Power）在规定的维修周期之间和规定的环境条件下，每年可能运行的时数不受限制的某一恒定功率序列内存在的最大功率。,等同于国标持续功率（COP）。,2.1柴油发电机组的标定功率,备用功率（Standby Power）发电机组在规定的维修周期之

12、间和规定的环境条件下,发电机组每年运行达200h的某一可变功率系列中的最大功率。实际平均功率输出（Ppa）应不超过备用功率的x。x%取值视不同发动机品牌从60%至90%不等。计算实际平均功率输出（Ppa）时不考虑停机时间。,科勒柴油发电机组功率标定,基本同国标应急备用功率（ESP）对应。与ESP不同点：负载功率因数X%可变。,2.1柴油发电机组的标定功率,长行功率（Prime Power）在规定的维修周期之间和规定的环境条件下，每年可能运行的时数不受限制的某一可变功率序列内存在的最大功率。实际平均功率输出（Ppa）应不超过备用功率的x。x%取值视不同发动机品牌从50%至90%不等。计算实际平均

13、功率输出（Ppa）时功率不足30%PPP时按30%计，不考虑停机时间。,科勒柴油发电机组功率标定,基本同国标基本功率（PRP）对应。与PRP不同点1：负载功率因数X%可变。与PRP不同点2：可过载10%运行(1h/12h）。且总超载时间一年之内不能超过400小时。,2.1柴油发电机组的标定功率,限时运行功率（Limited Running Time Power）在规定的维修周期之间和规定的环境条件下，每年可能运行的时数最大达700h的某一恒定功率序列内存在的最大功率。,科勒柴油发电机组功率标定,基本同国标限时运行功率（LTP）对应。与LTP不同点：最大运行时数700h。,2.1柴油发电机组的标

14、定功率,连续功率（Continuous Power）在规定的维修周期之间和规定的环境条件下，每年可能运行的时数不受限制的某一恒定功率序列内存在的最大功率。,科勒柴油发电机组功率标定,等同于国标持续功率（COP）。,2.1柴油发电机组的标定功率,长行功率（Prime Power）在商定的运行条件下并按制造商规定的维修间隔和方法实施维护保养，发电机组能每年运行时间不受限制地为可变负载持续供电的最大功率。,威尔信柴油发电机组功率标定,等同于国标基本功率（PRP）。,备用功率（Standby Power）在商定的运行条件下并按制造商规定的维修间隔和方法实施维护保养，当公共电网出现故障或在试验的条件下，

15、发电机组每年运行达200小时的某一可变功率系列中的最大功率,等同于国标限时运行功率（ESP）。,连续功率（Continuous Power）在商定的运行条件下并按制造商规定的维修间隔和方法实施维护保养，发电机组每年运行时间不受限制地为恒定负载持续供电的最大功率。,等同于国标持续功率（COP）。,2.1柴油发电机组的标定功率,长行功率（Prime Power）在商定的运行条件下并按制造商的规定进行维护保养，发电机组以可变负荷持续运行，且每年运行时数不受限制的最大功率。24h运行周期内允许的平均功率输出（Ppp）应不超过PRP的70，除非与RIC发动机制造商另有商定,康明斯柴油发电机组功率标定,等

16、同于国标基本功率（PRP）。,备用功率（Standby Power）在商定的运行下并按制造商规定的维修间隔和方法实施维护保养，发电机组每年供电达500h的最大功率。,等同于国标限时运行功率（LTP）。,2.1柴油发电机组的标定功率,2.1柴油发电机组的标定功率,通信行业标准中的额定功率基本同国标中的持续功率（COP）对应。企标中的主用功率、进口机组的连续功率（Continuous Power）基本同国标中的持续功率（COP）对应。企标中的备用功率基本同国标中的限时运行功率（LTP）对应，企标要求更高。国内外品牌机组的长行功率（Prime Power）基本同国标中的基本功率（PRP）对应。大部分

17、发电机组的备用功率（Standby Power）同国标中的限时运行功率(LTP)对应，但科勒和威尔信的备用功率（Standby Power）同国标中的应急备用功率(ESP)对应。对于通信机房而言，建议采用限时运行功率（LTP）作为机组招标时的标定功率，即要求厂商的技术承诺书必须达到国标限时运行功率（LTP）的要求。同时，发电机组还需满足连续运行的条件，即按额定功率可连续运行24h，连续运行超过24h时输出功率不低于机组额定功率的90%，以符合企标对发电机组的要求。,2.2柴油发电机组的选用,2.2.1海拔高度对油机功率选择的影响,海拔高度升高时空气密度会降低，柴油机燃烧时氧气量减少，燃烧效率减

18、低，因而会减低柴油机的机械输出功率。发电机工作时需要冷空气对绕组进行冷却，空气密度降低时，冷却效果也降低，为保证发电机的绕组温度在允许范围内也必须降低发电机的输出功率。,2.2柴油发电机组的选用,卡特柴油发电机组的海拔修正系数,环境温度40，卡特柴油发电机组在海拔超过1000m时每升高500m约有6%的功率降。,2.2柴油发电机组的选用,科勒柴油发电机组的海拔修正系数,2.2柴油发电机组的选用,威尔信柴油发电机组的海拔修正系数,威尔信柴油发电机组在海拔超过1000m时每升高500m约有3%的功率降。,2.2柴油发电机组的选用,康明斯柴油发电机组的海拔修正系数,发电机组修正系数以柴油机和发电机的

19、修正功率下降较大者为准,2.2柴油发电机组的选用,科泰柴油发电机组的海拔修正系数,发电机组修正系数以柴油机和发电机的修正功率下降较大者为准,2.2柴油发电机组的选用,柴油发电机组海拔修正系数小结,不同厂家的柴油发电机组的海拔修正系数不尽相同，实际操作中应参考具体厂家的功率修正曲线，注意额定功率所规定的海拔高度。发电机组输出功率在考虑海拔修正时应同时考虑发动机和发电机的功率修正，先到为准。通常可按照海拔高度超过1000m 时每升高500m输出功率下降4-5%来进行功率损失的计算。,2.2柴油发电机组的选用,2.2.2环境温度对油机功率选择的影响,环境温度过高时，空气密度也会降低，从而降低柴油机的

20、机械输出功率。环境温度过高时，发电机工作时冷却效果也会降低，为保证发电机的绕组温度在允许范围内也必须降低发电机的输出功率。,2.2柴油发电机组的选用,卡特柴油发电机组的环境修正系数,海拔高度1000m，大功率卡特柴油发电机组在环境温度超过20时每升高10约有3%的功率降。,2.2柴油发电机组的选用,科勒柴油发电机组的环境修正系数,科勒柴油发电机组在环境温度超过40时每升高10约有4%的功率降。,2.2柴油发电机组的选用,威尔信柴油发电机组的温度修正系数,威尔信柴油发电机组在在环境温度超过40时每升高10约有3%的功率降。,2.2柴油发电机组的选用,康明斯柴油发电机组的温度修正系数,发电机组修正

21、系数以柴油机和发电机的修正功率下降较大者为准。,2.2柴油发电机组的选用,科泰柴油发电机组的温度修正系数,发电机组修正系数以柴油机和发电机的修正功率下降较大者为准。,2.2柴油发电机组的选用,柴油发电机组环境修正系数小结,各品牌柴油机和发电机的输出功率修正系数各不相同，实际操作中应参考具体厂家的功率修正曲线，注意额定功率所规定的环境温度。在对发电机组输出功率进行温度修正时在考虑环境温度修正时应同时考虑发动机和发电机的功率修正，先到为准。通常可按照环境温度超过40时每升高5,输出功率下降 3-4%来进行功率损失的计算。,2.2柴油发电机组的选用,2.2.3负载功率因数对机组输出功率的影响,负载功

22、率因数0.8（滞后）时，机组带载能力由发电机组额定有功功率确定。负荷功率因数0.8（滞后）时，机组带载能力由发电机组额定视在功率确定。,2.2柴油发电机组的选用,典型通信机房的功率因数状况,注：3#、4#为带低压母联、互为备份的低压系统，5#/6#、7#/8#同理。,上塘枢纽楼谐波补偿柜及电容柜均关闭时的负载特性：,2.2柴油发电机组的选用,典型通信机房的功率因数状况,注：1#、2#为带低压母联、互为备份的低压系统，3#/4#同理。,萧山枢纽楼谐波补偿柜及电容柜均关闭时的负载特性：,功率因数一般呈现滞后特性。现有通信机房的功率因数一般都在0.9以上。仅以功率因数来看，目前发电机组0.8的额定输

23、出功率因数偏小。,2.2柴油发电机组的选用,2.2.4谐波对柴油发电机组的影响及应对,发电机组输出侧的负载总谐波电流超过油机额定电流的5，就可能引起油机振荡、稳定时间延长，并使发电机组输出实际容量降低10。发电机组的内阻相对市电来说大得多，由谐波电流引起的电压畸变相应变大，再加上发电机组本身也会产生谐波，机组输出电压将出现严重失真和负载设备误动作，严重时会损坏AVR和负载设备。,2.2柴油发电机组的选用,消除发电机组自身产生的谐波,目前各厂家通行的做法是选用2/3节距的发电机，可消除三次谐波，但无法有效消除5、7谐波。,不同节距的发电机对机组输出谐波的抑制效果,2.2柴油发电机组的选用,解决发

24、电机组面临的谐波问题的两种思路,思路一：消除谐波对机组的影响，即提高机组抗谐波干扰的能力。1、选用额定功率比正常需求大很多的机组（经济效益差）；2、选用永磁他励式（PMG）发电机；3、不增加柴油机功率的条件下配置一台较大容量的发电机。思路二：消除负载谐波，即通过谐波治理来达到消除系统谐波的目的，从而消除其对机组的影响。,2.2柴油发电机组的选用,典型通信机房的谐波治理状况（上塘机房）,2.2柴油发电机组的选用,典型通信机房的谐波治理状况（萧山机房）,2.2柴油发电机组的选用,负载谐波含量较高的主要有5、7、11、13次谐波，对柴油发电机组影响较大。未开启有源滤波器时低配侧负载电流畸变率THDi

25、在4.8%至20.8%不等，开启后THDi则变为2.6%至10.7%不等，可见安装有源滤波器可大幅减小低配侧谐波含量。应对谐波问题的解决方案：选用永磁他励式（PMG）发电机，对机房进行谐波治理。,机房未做谐波治理机组功率=（6脉冲UPS的输入功率x1.6）+其他负荷功率机组功率=（12脉冲UPS的输入功率x1.4）+其他负荷功率机房做了谐波治理且谐波含量达到预期效果机组功率=UPS的输入功率+其他负荷功率,机组功率的计算,2.2柴油发电机组的选用,2.2.5发电机组中发动机与电机容量的匹配,从功率因数的角度来看，目前机房功率因数普遍0.9，发电机组0.8的额定输出功率因数应该提高。发动机由于老

26、化会导致输出功率下降。而发电机的性能一般比较稳定，随着时间的推移，发电机容量的富余量会越来越大。从谐波的角度看，由于通信机房内谐波的存在，要求机组具有较强的瞬态响应特性，以避免谐波对发电机组的正常运行造成影响。如此一来，要求发电机的配置相对发动机来说越大越好。从发电机组经济性上分析，发电机组的主要成本在发动机部分，发电机是相对而言比较经济的部分，用较经济的成本换取机组更好的瞬态响应特性，是可以接受的。综合以上的几点因素，现有柴油发电机组采用0.8的额定功率因数是合理的。,2.3项目总结,本研究项目主要完成了两个方面的内容，一是完成了国标、企标、国产机组、进口机组有关标定功率的定义及相互间的对应

27、关系。二是选择发电机组应该考虑的一些因素，比如海拔、环境温度、负载功率因数、谐波、发动机和发电机容量匹配关系等等。得出基本结论如下：,国标中的限时运行功率（LTP）比较契合大容量发电机组的应用场合，建议采用该指标来进行发电机组招标。同时，厂商技术承诺书还应保证发电机组按额定功率功率可连续运行24h，连续运行超过24h时输出功率不低于机组额定功率的90%，以符合企标对发电机组的要求。发电机组功率输出受海拔高度影响，一般超过1000m 时每升高500m带载能力大约下降4-5%，实际操作中应参考具体厂家的功率修正曲线，选择合适额定功率的发电机组。发电机组功率输出受环境温度影响，一般环境温度超过40时每升高5，带载能力大约下降3-4%，实际操作中应参考具体厂家的功率修正曲线，选择合适额定功率的发电机组。当机房环境过高时宜采用合适的散热措施。当负载功率因数0.8（滞后）时，机组带载能力由发电机组额定有功功率确定；当负荷功率因数0.8（滞后）时，机组带载能力由发电机组额定视在功率确定。,2.3项目总结,在没有进行谐波治理的情况下，发电机组容量配置应考虑UPS输入功率负荷系数（1.41.6），在负载谐波得到有效治理的情况下可不考虑。在发动机和发电机的容量匹配上，发电机组的额定输出功率因数选择0.8是合适的。,53,结束,谢谢大家！,