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功率的概念

　　功率選型是機組選型的最核心內(nèi)容，其原則是在最少投資的前提下，滿足使用要求。首先應明確理解各種功率的定義、分析機組的工況性質(zhì)，確定功率條件;然后根據(jù)機組的現(xiàn)場條件和負載的特性，計算和修正并確定所需的機組輸出功率。

　　在ISO8528一1:1993及G132820.1一1997對交流發(fā)電機組的用途、定額和性能作了明確規(guī)定。該標準將交流發(fā)電機組的輸出功率分為三種，即限時運行功率(LTP)、基本功率(PRP)和持續(xù)功率(COP);而該標準同時也對機組運行的現(xiàn)場條件做出規(guī)定，現(xiàn)場條件由用戶確定，在現(xiàn)場條件未知且未另作規(guī)定的情況下，應采取下列額定現(xiàn)場條件：

　　(a)絕對大氣壓力:89.9kPa(或海拔高度1000m);

　　(b)環(huán)境溫度:313K(40℃);

　　(c)相對濕度:60%。

　　(1)備用功率(StandbyPower):

　　發(fā)電機組在規(guī)定的維修周期之間和規(guī)定的環(huán)境條件下能夠連續(xù)運行300h，每年最多500h的最大功率。等同于國標和ISO標準中的限時運行功率(LTP)。一般適用于通信、樓宇等負載變化較多的偶然應急工況。

　　(2)長行功率(PrimePower):

　　在規(guī)定的維修周期之間和規(guī)定的環(huán)境條件下，每年可能運行的時數(shù)不受限制的某一可變功率序列內(nèi)存在的最大功率，等同于國標和ISO標準中的基本功率(PRP)。一般適用于廠礦、軍隊等負載變化較小的經(jīng)常運行工況。

　　(3)連續(xù)功率(ConsecutionPower):

　　在規(guī)定的維修周期之間和規(guī)定的環(huán)境條件下，每年可能運行的時數(shù)不受限制的某一恒定功率序列內(nèi)存在的最大功率，等同于國標和ISO標準中的持續(xù)功率(PRP)。一般適用于作為電站或與市電并網(wǎng)使用等負載變化極小的連續(xù)運行工況。

　　新版IS08528一1:2005對功率定額種類的規(guī)定有實質(zhì)性的修改，這對于用戶選用進口機組有指導意義，值得重點關(guān)注。

　　(1)持續(xù)功率(COP)

　　在商定的運行條件下并按制造商的規(guī)定進行維護保養(yǎng)，發(fā)電機組以恒定負荷持續(xù)運行，且每年運行時數(shù)不受限制的最大功率。

　　(2)基本功率(PRP)

　　在商定的運行條件下并按制造商的規(guī)定進行維護保養(yǎng)，發(fā)電機組以可變負荷持續(xù)運行，且每年運行時數(shù)不受限制的最大功率。24h運行周期內(nèi)允許的平均功率輸出(Ppp)應不超過PRP的70%，除非與RIC發(fā)動機制造商另有商定。在要求允許的平均功率輸出Ppp較規(guī)定值高的應用場合，應使用持續(xù)功率COP。

　　在確定某一可變功率序列的實際平均功率輸出(Ppp)時，功率小于30%PRP時按30%計，停機時間不包括在內(nèi)。

　　(3)限時運行功率(LTP)

　　在商定的運行條件下并按照制造商的規(guī)定進行維護保養(yǎng)，發(fā)電機組每年運行時間可達500h的最大功率。按100%限時運行功率每年運行的最長時間為500h。

　　(4)應急備用功率(ESP)

　　在商定的運行條件下并按照制造商的規(guī)定進行維護保養(yǎng)，在市電一旦中斷或在試驗條件下，發(fā)電機組以可變負荷運行且每年運行時數(shù)可達200h的最大功率。24h運行周期內(nèi)允許的平均功率輸出(Ppp)應不超過70%ESP，除非與RIC發(fā)動機制造商另有商定。實際平均功率輸出(Ppp)應小于等于按ESP定義的允許平均功率輸出(Ppp)。在確定某一可變功率序列的實際平均輸出(Ppp)時，功率小于30%ESP時按30%計，停機時間不包括在內(nèi)。

　　3.2功率現(xiàn)場條件的修正

　　在非額定現(xiàn)場條件和特殊負載的情況下，機組的額定功率需要修正。

　　3.2.1環(huán)境溫度的功率修正

　　當環(huán)境溫度過高時，空氣密度降低，柴油機燃燒時氧氣量減少，燃燒效率降低，因而會降低柴油機的機械輸出功率;同時發(fā)電機工作時需要冷空氣對繞組進行冷卻，在環(huán)境溫度過高時，冷卻效果降低，發(fā)電機繞組內(nèi)部溫度升高，為保證發(fā)電機的繞組溫度在允許范圍內(nèi)也必須降低發(fā)電機的輸出功率。

　　各品牌柴油機和發(fā)電機的輸出功率受環(huán)境溫度影響的功率修正，由于設計的不同，其修正的參數(shù)也不一致;同一品牌，不同型號、不同調(diào)速系統(tǒng)，其修正的參數(shù)也有區(qū)別。一般要以原柴油機生產(chǎn)廠家的修正參數(shù)為準，通�？砂凑窄h(huán)境溫度超過40℃時每升高5℃，輸出功率下降3%一4%來進行功率損失的計算。但要注意的是有些廠家的機組標稱功率是基于環(huán)境溫度25℃時的輸出功率。

　　3.2.2海拔高度的功率修正

　　當海拔高度升高時空氣密度也會降低，同樣影響柴油機和發(fā)電機的輸出功率。不同品牌的柴油發(fā)電機組要參考廠家的功率修正曲線來計算降容后的實際功率，通常可按照海拔高度超過1000m時每升高500m輸出功率下降4%-5%來進行功率損失的計算，但要注意的是有些廠家的機組標稱功率是基于海拔高度300m時的輸出功率。

　　電子噴油柴油機采用了電子噴油控制技術(shù)，通過對安裝在柴油機上一系列的傳感器檢測到的柴油機各種數(shù)據(jù)來精確地控制每個噴油器的噴油正時和噴油量。由于電子控制單元通過對進氣岐管的進氣壓力、燃油溫度的精密測量，并以此來控制噴油正時和噴油量，使得電子噴油柴油機在高海拔地區(qū)和高溫度環(huán)境下有更低的功率下降。所以在高海拔地區(qū)和高溫度環(huán)境下選用電子噴油的機組能獲得更大的輸出功率和經(jīng)濟性。

　　3.2.3非線性負載的功率修正

　　非線性負載含有感性、容性等元器件的負載均為非線性負載，如機房空調(diào)、不間斷電源UPS、燈具調(diào)光系統(tǒng)和整流濾波器設備等。這種負載通常在通信、網(wǎng)絡數(shù)據(jù)中心、數(shù)據(jù)交換中心、金融結(jié)算中心、機場跑道的照明調(diào)光和重要系統(tǒng)調(diào)度中心等關(guān)鍵部門的應用極為廣泛。

　　非線性負載會向柴油發(fā)電機組反射大量的高次諧波，其中以5次和7次諧波危害最嚴重，尤其是非線性負載較大而發(fā)電機組容量又較小時這種危害就更明顯，其后果將出現(xiàn)機組的諧振、穩(wěn)定時間延長和負載設備誤動作，嚴重時會損壞AVR和負載設備。這一問題在機組的選型過程中經(jīng)常未引起足夠的重視(由于在用市電供電時影響不大)，最終待到運行時才發(fā)現(xiàn)無法正常工作，造成無法挽回的損失。

　　直接啟動的機房空調(diào)因感應電動機直接起動時起動電流為正常電流的6一7倍，而且功率因數(shù)很低，電動機起動瞬間發(fā)電機的端電壓會下降到低于正常值80%以下，從而影響其他負載的供電。就UPS而言，是一種應用很廣的典型非線性負載，其對電源系統(tǒng)的影響表現(xiàn)為：

　　a.發(fā)電機組的輸出電壓突然增高到440V以上，其后果是造成UPS損壞。

　　b.發(fā)電機組輸出頻率到50一60Hz，致使UPS保護動作。

　　c.發(fā)電機組在出現(xiàn)頻率或電壓異常的同時出現(xiàn)嚴重的機械共振現(xiàn)象，柴油機出現(xiàn)有節(jié)奏的搖擺和聲音起伏，嚴重時還出現(xiàn)損壞發(fā)電機的勵磁回路和AVR(自動電壓調(diào)節(jié)器)。

　　d.UPS因檢測到過電壓或過頻率而自動關(guān)斷整流器，由后備電池組向負載放電或從旁路直接向負載供電。

　　一般機組功率的選用原則上在2一3.5倍UPS容量以上，這樣將大幅度增加投資，但通過采取一些特殊的措施，則可以改善機組的運行性能，同時獲得更好的經(jīng)濟效益。

　　a.選用永磁他勵式(PMG)發(fā)電機，因PMG系列發(fā)電機的電子自動調(diào)壓系統(tǒng)AVR獨立于發(fā)電機的機械系統(tǒng)，功率源從副勵磁機電樞繞組取得。在發(fā)電機負載和轉(zhuǎn)速突變時，該系統(tǒng)不受發(fā)電機機械過渡過程的影響，將輸出電壓調(diào)整到額定值。因此，PMG系列發(fā)電機的的動態(tài)電壓調(diào)整率遠小于其他勵磁發(fā)電機，并有較好的動態(tài)穩(wěn)定性，可提高發(fā)電機帶非線性負載能力。由于PMG系統(tǒng)提供一個與定子輸出電壓波形畸變及大小無關(guān)的恒定的勵磁電源，因而能提供較高的電動機起動承受能力，并對非線性負載產(chǎn)生的主機定子輸出電壓的波形畸變具有抗干擾性。

　　b.在不增加柴油機功率的條件下配置一臺較大容量的發(fā)電機，以提高機組帶非線性負載的能力。通常柴油機和發(fā)電機的功率匹配關(guān)系是柴油機凈輸出機械功率略大于發(fā)電機功率，機組的輸出有功功率大小取決于柴油機的出力，而視在功率則主要取決于發(fā)電機的容量。發(fā)電機組在帶UPS負載時，只要加大發(fā)電機的容量，其瞬態(tài)特性就會大大的增強，而機組的輸出有功功率其實并未增加，因而采用這種所謂“小馬拉大車”的方式來解決非線性負載的問題。即柴油機的功率按照所有負載有功功率之和略大來選擇，發(fā)電機功率則按照上面所說的方法來配置。該方案可以在滿足使用要求的前提下，大幅度減少投資，同時也避免柴油機產(chǎn)生長時間低負載運行的機率，提高其使用可靠性。

　　更詳盡的非線性負載的功率修正見參考文獻。

　　3.2.4加負載的功率修正

　　對于自然進氣的機組，其最大允許的一次加載量等于使用功率。

　　采用渦輪增壓技術(shù)后，發(fā)動機的功率有了明顯的提高，但突加負載的能力卻有所下降。當增壓比越高時，突加負載能力的下降也越明顯。渦輪增壓對突加負載的影響，主要是因為渦輪增壓柴油機的功率有相當一部分是通過渦輪增壓來實現(xiàn)的，而渦輪增壓值主要取決于發(fā)動機發(fā)出的功率和轉(zhuǎn)速。當發(fā)動機處于空載時，增壓壓力很低(或者說接近非增壓狀態(tài))，此時，按增壓機額定狀態(tài)下的功率加載(或者加較大的負載)，相當于對非增壓機瞬態(tài)突加超過額定功率的負載，結(jié)果或是突加載荷失敗，或是轉(zhuǎn)速下降超過限值，或是恢復時間較長，這都會影響機組的供電性能。

　　一般當有效壓力P值在1MPa以下時，一次突加負載可達到標定功率80%以上，對突加負載影響不大。當P值達到1.5MPa時，突加負載只能達到標定功率的50%;當P值達到2.0MPa時，突加負載只能達到標定功率的40%。如果對突加負載有較高要求時，建議按渦輪增壓柴油機相同機型的非增壓時的標定功率選配機組。