卡特彼勒柴发并联控制容错技术荣获2021年数据中心科技成果奖

2021年数据中心标准峰会已于上周圆满落下帷幕，卡特彼勒再次荣获经科技部国家科学技术奖励办公室批准，中国工程建设标准化协会组织开展的 “数据中心科技成果奖”（奖励编号：0274）

获奖奖牌

此次参评获奖技术为“柴油发电机组并联控制容错技术”，技术专利名称“Generator set adaptive droop control method（专利号：CN201410095132.7）”，下面为您详细介绍下应用了此项专利的 EPCP4.4 控制模块是如何增强并联系统的容错性和稳定性的。

一、并联控制模块运行容错性功能设计，极大提高了柴发并联运行时的稳定性

传统的柴发并机控制模块在工作时通过工业总线通讯得知系统内其他机组的状态信息，从而调节自身的参数以匹配整体系统。如果在此期间，某台机组发生通讯中断，丢失与其他机组的通讯，即刻只能以预先设定好的负载率（一般50%）运行而不再响应外部负载的变化。若此时外部负载增大，会有导致其他机组过载保护停机，使整个系统崩溃，面临供电中断的风险。 

卡特彼勒 EMCP4.4 并联控制模块采用的故障安全自适应负载分配/下垂策略（FailsafeAdaptive Load Sharing/Droop Strategy）设计，完全规避了传统并机模块对于通讯故障无法有效应对的缺点。EMCP4.4 并机模块在发生通讯故障时可以命令机组保持在通讯丢失时刻的负载率和保持自输出电压、频率不变以匹配母线系统。当外部负载增加时，系统内无通讯故障的机组依旧会进行精确功率分配响应保持母线电压频率不变，当无故障机组负载率上升到设定限值时，此时母线负载再加大，增加部分会转移至发生通讯故障的机组，使得该机组负载率也与其他一致。此设计使得即使有通讯故障的场景下，整个发电机系统都可以稳定运行，不会出现单台过载停机导致系统崩溃的现象，极大的增强了发电机组并联系统的容错性和稳定性。

EMCP4.4 故障安全自适应下垂控制方案

二、通讯拓扑结构优化

基于A级数据中心的重要性，项目中一般不允许出现重要设备的单点故障或是单个设备故障影响系统运行的设计应用。EMCP4.4 并机控制模块采用MODBUS TCP/IP通讯协议，典型的TCP通讯结构是有一个核心交换机，通过星型连接方式把各个子设备连到一起进行通讯数据交换，但如果此交换机故障，通讯系统会瘫痪，也就是单个设备故障影响了系统运行。而 EMCP4.4 采用了环网通讯结构方案，见下:  

EMCP4.4 并机网络通讯拓扑结构

从以上原理图可知，在环网结构中，即使有一个点中断，通讯也会通过另一环路传输，不会影响系统间信息传递。此优化结构解决了单点故障和单设备故障影响系统的问题，也大大提高了系统容错能力和稳定性。

三、EMCP4.4 瞬态负载响应智能计算功能（TLR功能）

传统的发电机电压调节装置是采用伏特赫兹特性曲线计算方法来应对突加大功率负载，通过在调试阶段调整输入电压和频率的比例关系值，以达到客户对压降、频率降和恢复时间的标准。但这个比例值并不是在所有的负载率范围都是最优的（某个值在50%瞬加时是最优，但在70%瞬加时不是）。这使客户在操作增加负载时有一定的局限性，否则会引起电压、频率超出范围的波动导致数据中心负载受影响。

与传统的电压调节器相比，EMCP4.4 瞬态负载响应智能计算功能提供了更精确的动态负载计算策略，可以在全负载率范围内提供最优化的瞬态响应数据，降低了对操作人员的要求，增强了负载响应智能化和系统稳定性。

总结

数据中心建设规模逐年加大，行业应用设计也由以往的低压、单台运行，转向高压、多台并联运行以适应建设超大规模数据中心的趋势。这就需要智能优化的并联控制系统来帮助用户实现系统的稳定性，EMCP4.4 应运而生。

此次会议卡特彼勒也带来了 100% 氢能内燃机解决方案，以助力数据中心低碳未来的发展趋势。更多详情欢迎您在公众号内留言咨询。2021年数据中心标准峰会圆满落幕，期待与您来年再见！