UPS容量与负载量的计算

,UPS容量与负载量的计算,梅兰日兰电子（中国）有限公司,电视台UPS电源保护方案研讨会,一、UPS容量的相关因素与UPS容量相关的电气参数与UPS配置相关的因素与UPS运行环境相关的因素二、负载容量的相关因素负载的电气参数负载的工作性质三、负载容量的计算计算举例（一）计算举例（二）,目录,一、UPS容量的相关因素,与UPS容量相关的电气参数额定视在功率(KVA)；额定有功功率(KW)；过载能力（xIn）；短路能力(xIn）。,注：前两者描述了UPS的额定容量和功率因数；后两种描述了UPS的极限容量。,UPS额定容量的标度根据IEC62040-3的UPS性能标准（UPSPerformance）和IEC60146-4的UPS设计标准（UPSDesign），UPS的额定容量是以额定输出的视在功率（KVA）和有功功率（KW）标度的，其输出的功率因数为：PF=KW/KVA在UPS设计时是以线性负载Cos.=0.8作为设计标准的，但这并不表示UPS只能带Cos.=0.8的负载。根据上述两个标准，UPS允许使用的线性负载功率因数为0.6超前到0.6滞后（Rangeofloadpowerfactorpermitted-linearload0.6leadto0.6lag）；UPS允许使用的非线性负载功率因数与线性负载的功率因数相同。,一、UPS容量的相关因素,UPS过载（短路）能力的标度过载或短路特性表示了UPS在极短时间内所允许的最大工作能力：,UPS的过载能力1.05In-连续工作1.1In-2小時1.25In-10分钟1.35In-3分钟1.65In-1分钟UPS的短路能力以限流方式工作1秒钟,一、UPS容量的相关因素,UPS过载（短路）的检测过载检测：在逆变器的输出端（负载侧）进行采样；短路检测：在逆变器支路的末端（变压器之前）进行采样，当负载电流超过1.65In有效值时，以2.33In峰值进行限流，持续1秒钟。,一、UPS容量的相关因素,与UPS配置相关的因素：UPS安装的环境、容量是否有更新的要求；UPS系统配置所需的电气条件，如：上线电源容量、接地系统、是否有发电机供电等；是否易于维修，是否可安全维护，现场的平均修理时间MTTR；希望的供电系统平均无故障时间MTBF、可用性指标等。与UPS运行环境相关的因素：温度、湿度、海拔高度（大于1000米需要功率折算）、IP保护等级（影响散热和功率折算）；运行环境内是否有空调辅助散热（空载、满载的热损耗、排风量）、电池房间的通风散热等。,一、UPS容量的相关因素,二、负载容量的相关因素,负载的工作性质：是否24小时连续工作；是否365天不能停机；是否允许停电检修.由此确定系统的所要求的MTBF、MTTR、电源可用性负载的电气参数：负载类型、额定电压、额定电流、输入功率因数、峰值因数、启动电流、工作时的最大电流.,负载的电气参数负载类型：计算机房的负载大都是开关电源型的非线性负载设备，在IEC62040-3标准中称之为“RCD型负载”，表现为低额定电流、高峰值因数、低输入功率因数、24In的起动电流，打印机/扫描仪类的负载伴随有2In左右的工作电流，在计算额定容量时应予以考虑。,二、负载容量的相关因素,额定输入电压及工作电压范围：220V/380V5%额定输入电流In：指负载的输入电流有效值，但某些设备铭牌上有时并不直接标出，而标出的只是输入有功功率P=_W，需计算一下。,负载的电气参数起动电流:在设备铭牌上一般不标出，通常为24In，但由于作用时间较短，而且只发生在设备启动瞬间，因此只需进行起动电流的核算。,2In的起动电流通常会在第二个周期内消失,二、负载容量的相关因素,工作时的最大电流Imax：在打印机等设备铭牌上一般都有标出，由于它是随机的、频繁的，在计算额定容量时应按此电流予以考虑。,负载的电气参数输入功率因数：大多数情况下并不直接标出，但对于计算机类型负载，其输入功率因数(PowerFactor)大多数为0.60.7。,对于非线性负载，其功率因数PF不等于Cos.,二、负载容量的相关因素,负载的电气参数输入功率因数：,对于非线性负载，其功率因数PF不等于Cos.,非线性负载的功率因数：,非线性负载的相移功率因数,功率因数与相移功率因数的关系,其中：THDI表示电流的总谐波失真度,二、负载容量的相关因素,负载的电气参数THDI：电流的总谐波失真度,负载谐波波形,H3=80%H5=35%H7=18%H9=9%H11=5%THDI=90%峰值因数：2.5-3,H5=21%H7=16%H9=0%H11=10%H13=9%THDI=30%峰值因数：2-2.5,H5=32%H7=3%H9=0%H11=7%THDI=33%峰值因数：1.5-2,谐波频谱,二、负载容量的相关因素,负载的电气参数峰值因数：峰值因数(Cf)定义为峰值（最大幅值Ipeak）与有效值Irms的比率，用来表示电流或电压形状的特征：,二、负载容量的相关因素,Cf=3,5In,负载的电气参数峰值因数对UPS容量的影响举例：例如：200KVAUPS的峰值因数Cf=3:1，UPS额定电流In=303A，则：UPS峰值电流为303Ax3=909A。假设：负载峰值因数为3.5:1；则:UPS对于该负载所提供的电流有效值为909A/3.5=259.7A即:UPS的使用容量为259.7Ax660V=171.4KVA因此：,二、负载容量的相关因素,负载容量的确定容量计算方法,实际上，精确计算负载容量是一个非常复杂的计算过程，这是因为：(1)：负载容量S不等于S1+S2+S3+.+Sn的总和：-对于线性负载，必须用不同的cos所对应的角度来计算矢量和；-而对于非线性负载，则不能用矢量和来进行计算。,(2)：负载的合成功率因数PF：必须在现场进行实际测量或根据以往的经验进行估算；(3)：负载有功功率是可以直接相加的(不存在相位差)：P=PF*S=PFi*Si(4):当负载的PF0.8时，则选UPS有功功率Pn=0.8*SnP；当负载的PFP。,三、负载容量的计算,其中：Sn为UPS的输出视在功率，Pn为UPS的输出有功功率，P为负载的有功功率。,举例（一）:UPS的负载如下：PC机50台：P=150W/台,Imax=1A;(PF=0.68,则S1=220VAx50台=11KVA)服务器5台：P=200W/台,Imax=1.2A;(PF=0.75,则S2=264VAx5台=1.32KVA)网络打印机2台：P=1000W/台,Imax=6.5A;(PF=0.7,则S3=1430VAx2台=2.86KVA)110V变压器1台：P=8KW/台,三相，In=15A;(PF=0.8,则S4=10KVA)应急照明10个：P=200W/个,In=1A(PF=0.9,则S5=220VAx10个=2.2KVA)。,三、负载容量的计算（一）,总负载量：P=20.5KW。根据PF20.5KW/0.7=29.28KVA。,举例（一）:UPS容量（30KVA）的核算：若按PC机峰值因数为2.5计算，50台PC机的峰值功率为:50Ax2.5/1.414x220Vx0.68=13.22KW再加上其它负载的稳态功率，则为：P=13.22KW+1KW+2KW+8KW+2KW=26.22KWUPS容量SnS=P/Pf=26.22/0.7=37.46KVA，显然30KVAUPS会发生过载，应选择40KVAUPS为宜。,三、负载容量的计算（一）,另外还应考虑大多数负载为单相负载，在三相系统中可能存在的三相不平衡现象；某些负载存在着2In的起动电流，UPS也应留有一定的余量。若按一般UPS容量的经验估算负载总容量除以0.7系数，则SnS/0.7=S1+S2+S3+S4+S527.38KVA/0.7=39.11KVA40KVA也应选择40KVAUPS。,page19,4x10kVA20kVA20kVA1=0.62=0.7cos=0.8,UPS的额定视在功率：S=54/0.68=79.4kVA应选择100kVA或更大一级的UPS。,三、负载容量的计算（二）,举例（二）:UPS容量的核算：UPS的额定视在功率Sn=100kVA计算机系统-每台计算机的起动电流为8In，持续四个周期(50Hz，80毫秒)；变频调速器-起动电流为4In，持续五个周期(50Hz，100毫秒)；隔离变压器-起动电流为10In，持续六个周期(50Hz，120毫秒)。,UPS的过载曲线,UPS在大于165过载时，以2.33In峰值限流1秒钟,三、负载容量的计算（二）,举例（二）:UPS容量的核算：UPS的额定视在功率Sn=100kVA,核实有功功率UPS能够为负载提供的有功功率：100 x0.8=80kW54kW.核实负载率和额定电流负载率：79.4/100=79.4%UPS的额定电流：In=100,000/(400 x1.732)=144A,核