发电机功率因数的规定和计算公式

发布时间:2024-07-27 点击:172
数据中心的备用发电机组带超前功率因数负载的能力很低,而现代it设备是典型的超前功率因数负载,产生大量超前无功功率,可能导致发电机组运行不稳甚至关机。分析it设备产生超前无功功率的根源,详细解读发电机容量曲线,说明发电机吸收超前无功功率极限,提出解决发电机运行不稳问题的策略和解决方案。
数据中心备用发电机组一般是直接为it设备供电,而是经ups设备为it设备供电的。虽然ups一般具有滞后输入因数,但是超前功率因数的it设备的影响依然存在。因为ups工作于旁路方式时,或者ups 采用经济模式(eco mode)时,超前功率因数的it设备就是备用发电机的直接负载,必然对发电机造成严重不良影响。此外,市电直接为it设备供电时,数据中心呈现超前输入功率因数,虽然对市电不会产生严重影响,但电力部门还是要对此进行罚款。因为备用发电机组允许带小量的超前功率因数负载,当数据中心负载较小时备用发电机可能正常运行,但当it设备逐渐增加时,就会出现问题。因此,及时了解数据中心备用发电机组的安全运行范围,并在上述问题发生前采取措施是非常重要的。
本文分析it设备的功率因数特性及其对备用发电机组运行的影响,说明备用发动机组不能带超前功率因数负载的机理,详细解读发电机容量曲线,说明发电机吸收超前无功功率极限。给出评价现有数据中心备用发电机组潜在不稳定性的方法,以及避免数据中心备用发电机组不稳定性的策略和具体解决办法。
同步发电机相量图
功率因数的概念
功率因数与负载性质有关,负载分为线性负载和非线性负载。线性负载的阻抗是恒定不变的,当将正弦波电源电压加到负载上时,负载电流波形也是正弦波。非线性负载的阻抗是随电压或时间变化的,当加上正弦波电压时,负载电流不是正弦波。
线性负载又分为电阻负载、电感负载和电容负载。如果电源电压波形是正弦波,这3种线性负载电流波形都是正弦波,但相位不同,电阻负载电流相位与电压相同,电感负载电流滞后于电压90°,电容负载电流超前电压90°。因为电感负载电流和电容负载电流的相位与电压的相位不同,故称为不同相电流或电抗电流。
实际负载大都是电阻-电感性,或电阻-电容性负载。假设负载电流i与电压u的相位差为φ,则有功功率p=ulcosq;视在功率s=ul。
发电机功率因数角和计算公式
功率因数pf的定义为有功功率p对视在功率s的比值,即
pf=p/s=uicosφ/ui=cosφ.......................(公式1)
功率因数cosφ是针对线性负载的,因为是由电流和电压之间的相移引起的,称为位移功率因数。电阻负载的cosφ等于1。表示电源提供的功率全部是有功功率。电阻-电感性负载电流滞后于电压,产生滞后功率因数。电阻-电容性负载电流超前于电压,产生超前功率因数。
非线性负载电流波形是含有基波和许多谐波分量的非正弦波。因为式(1)只表示有功功率与基波电流相对于电压的相移的关系,不能准确地表示有功功率与谐波电流之间的关系。故式(1)不适用于非线性负载的功率因数。
如前所述,电抗电流会产生位移功率因数(cosφ),同样,谐波电流会产生失真功率因数(pf失真),两者都会使功率因数下降。根据数学推导,总的功率因数(pf总)即真实功率因数(pf真)等于位移功率因数pf位移和失真功率因数pf失真的乘积,如式(2)所示。
..............................(公式2)
因为cosq不可能大于1,所以
由此可见,假设非线性负载的位移功率因数不是很低,但电流总谐波失真thd.很大,则会导致总功率因数变得很低。
例如,假如非线性负载基波电流和电压的相角φ=18°(cosφ=0.95),电流总谐波失真thdi=90%,则总功率因数(pf总)为:
为了限制非线性负载的谐波电流,需要装设有源滤波器、功率因数校正器、静态无功功率发生器(svg)等。

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