发电机功率因数的规定和计算公式

参数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设备是典型的超前容量因数负荷，发生大量超前无功功率，可能致使发电机组运行不稳甚至关机。浅述IT装备产生超前无功容量的根源，主要概述发电机功率曲线，说明发电机吸收超前无功容量极限，提出排除发电机运行不稳问题的对策和解决方案。

参数中心备用发电机组通常是直接为IT装备供电，而是经UPS设备为IT装置供电的。虽然UPS通常具有滞后输入因数，但是超前功率因数的IT装置的影响依然存在。由于UPS作业于旁路方法时，或者UPS 选取经济模式（Eco mode）时，超前容量因数的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危害。此外柴油发电机启动流程，电网直接为IT装置供电时，参数中心呈现超前输入容量因数，虽然对大电不会产生严重危害，但电力部门还是要对此进行罚款。因为后备发电机组允许带小量的超前容量因数负载，当参数中心负荷较小时备载发电机可能正常运行，但当IT装置逐渐增加时，就会出现问题。因此，及时领会参数中心备用发电机组的安全运转范围，并在上述问题发生前选择措施是非常重要的。

本文浅述IT设备的功率因数特征及其对后备发电机组运行的影响，说明备载发动机组无法带超前功率因数负载的原理，详细简述发电机功率曲线，说明发电机吸收超前无功容量极限。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，以及避免数据中心后备发电机组不稳定性的策略和主要解决方案。

功率因数与负荷性质有关，负载分为线性负荷和非线性负荷。线性负荷的阻抗是恒定不变的柴油机常见故障分析及处理，当将正弦波电源电压加到负荷上时，负荷电流波形也是正弦波。非线性负荷的阻抗是随电压或时间变化的，当加上正弦波电压时，负荷电流不是正弦波。

线性负荷又分为电阻负载、电感负荷和电容负荷柴油发电机故障灯图案。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，但相位不一样，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°。由于电感负载电流和电容负载电流的相位与电压的相位不同，故称为不一样相电流或电抗电流。

实际负荷大都是电阻-电感性，或电阻-电容性负载。假设负荷电流I与电压U的相位差为φ，则有功功率P=Ulcosq；视在功率S=Ul。

功率因数cosφ是针对线性负荷的，由于是由电流和电压之间的相移引起的，称为位移容量因数。电阻负荷的cosφ等于1。表示电源供应的功率全部是有功功率。电阻-电感性负荷电流滞后于电压，产生滞后功率因数。电阻-电容性负载电流超前于电压，产生超前容量因数。

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。由于式（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）不适合于非线性负荷的容量因数。

如前所述，电抗电流会发生位移功率因数（cosφ），同样，谐波电流会发生失真容量因数（PF失真），两者都会使容量因数下降。根据数学推导，总的容量因数（PF总）即真实容量因数（PF真）等于位移功率因数PF位移和失真功率因数PF失线）所示。

由此可见，假设非线性负荷的位移功率因数不是很低，但电流总谐波失真THD.很大，则会导致总容量因数变得很低。

例如，假如非线性负荷基波电流和电压的相角φ=18°（cosφ=0.95），电流总谐波失线%，则总功率因数（PF总）为：

为了限制非线性负荷的谐波电流，需要装设有源滤波器、功率因数校正器、静态无功容量产生器（SVG）等。