【UPS】UPS与容性负载兼容性

关注IT负载的发展趋向——

UPS与容性负载的兼容性讨论编辑ppt1.IT负载的新趋向…通信行业、数据中心的IT负载趋向容性化：功率因数超前、THDi下降、有功功率增加；供电需求趋向复杂化：双电源甚至多电源输入的服务器(刀片式服务器)；用于安装选件的插槽使负载总量难以估算。面对这种新趋势:传统的UPS需要降容使用以应对容性负载；传统的发电机组需要足够的KVAR以支持容性负载；系统变压器需要加大容量以承受KW的增长。2023/4/152编辑ppt1.IT负载的新趋向…2001年以前的IT负载(输入特性)：存在大量的谐波、较低的功率因数设计标准——无章可循UPS面向此类非线性负载设计并供电H1H3H5H7Hn典型的负载特性电流的谐波频谱IUCos

1THDi>60%CF=2到3FP=0.7I基波U基波电压和电流的基波2023/4/153编辑ppt传统的RCD负载新增加的PFC滤波器

:THDI&PF)2001年以后的IT负载，输入电路及特性的变化：电源模块加入功率因数校正（PFC）电路1.IT负载的新趋向…2023/4/154编辑ppt1.IT负载的新趋向…2001年以后的IT负载(IEC61000-3-2AMD1-2001)：每个电源模块由75W至3KW（相电流<16A）谐波电流必须降低（谐波发射的限值）使用带电容器的输入滤波器，以改善THDi(<20%)功率因数由0.7提高至0.9以上H1H3H5H7Hn

Cos

=0.92超前THDi=20%FP=0.9超前

UI典型的负载特性电流的谐波频谱2023/4/155编辑ppt对IBM最新的BladeCenterxSeries345*

进行测量（单电源）特性:180W/200VAFP=0.9容性Cos

=0.91容性THDi=14%*资料来源：MGE研发部R&D1.IT负载的新趋向…刀片式服务器的特征参数7U--3.6KW42U-21.6KW2023/4/156编辑ppt电流总谐波失真度THDi：18%而不是传统服务器的80-90%峰值因数CrestFactor：1.45~1.6而不是传统服务器的2到3起动电流InrushCurrent:10In而不是传统服务器的2In功率因数PowerFactor：超前的0.9~0.95而不是传统服务器滞后的0.6到0.71.IT负载的新趋向…刀片式服务器的特征参数2023/4/157编辑ppt2.传统UPS的输出特性UPS输出功率因数曲线图(capacitif)(inductif)1kVA(%)0,89S(kVA)的功率折算1111超前负载（电容性）滞后负载（电感性）传统UPS带线性负载时，额定Cos

可以为0.8超前；有功功率在Cos

从0.8滞后到1的范围内，无需功率折算。0,8kVAR(%)kW(%)kVAR(%)0,770,740,692023/4/158编辑ppt2.传统UPS的输出特性UPS输出端的等效电路I负载I逆变器I电容2023/4/159编辑pptI负载I电容I逆变器I负载I逆变器对于容性负载，逆变器处于过载运行状态V负载I负载I逆变器对感性负载，逆变器处于正常运行状态逆变器的容量设计为Cosφ=0.8φI电容I电容逆变器过载额定输出电流逆变器额定电流2.传统UPS的输出特性

2023/4/1510编辑ppt2.传统UPS的输出特性UPS输出容量对Cos的功率折算表2023/4/1511编辑ppt为什么非线性负载可用Cos来描述

非线性负载的功率因数PF与Cos的关系:当THDi接近20%时,PF与Cos的差值很小THDi：总谐波电流失真度

举例：

FP=0.8时，THDi与Cos的关系2023/4/1512编辑ppt2.传统UPS的输出特性举例1:RCD类型的负载负载:S=120kVA;PF=0.75;THDi=80%负载：P(kW)=S(kVA)xFP=90kW

假设：S(kVA),P(kW),Cos,

120kVA,90kW,0.98120kVAUPS120kVA/96kWOK.

Cos

=0.98不需功率折算RCD负载具有较高的谐波含量，仅受kVA的限制2023/4/1513编辑ppt2.传统UPS的输出特性举例2:电容性负载负载:S=250kVA;PF=0.9超前;THDi=15%负载：P=SxFP=225kW

假设：S=250kVA,P=225kW,Cos=0.92超前选择300KVA还是400KVA的UPS?容性负载具有较高的有功功率，受到kW的限制(由于逆变器支路功率器件的限制)过载!2023/4/1514编辑ppt3.传统发电机的输出特性发电机输出功率因数曲线图kVARkWkVAR2023/4/1515编辑ppt3.传统发电机的输出特性发电机输出功率因数曲线（理论曲线）2023/4/1516编辑ppt传统发电机的阻抗特性输出阻抗对失真度的影响电源的输出电压THDU

取决于它自身的输出阻抗ZsZcZsZc%F(Hz)电源阻抗Zs与负载阻抗Zc的比值发电机变压器自由频率的脉宽调制UPS50_100_0150_50250500750*Zs表示变压器、发电机、电源电缆等的阻抗*Zs表示UPS的阻抗

U=ZI谐波频率ZsZc2023/4/1517编辑ppt容性负载对发电机运行时的潜在威胁容性负载500kVA400kVAUPS320kW

Cos=0.9超前发电机可提供的容性功率：

113kVARmax负载需要的容性功率

=155kVAR解决方案：-增容到

675kVA发电机或-安装SW

60A有源谐波调节器发电机与负载特性不能兼容2023/4/1518编辑ppt容性负载对发电机运行时的潜在威胁容性负载500kVA400kVAUPS320kW

Cos=0.9超前解决方案：-增容到

675kVA发电机2023/4/1519编辑ppt4.新型恒定有功功率输出的UPS有功功率在0.8滞后<Cos

<0.8

超前时不需要功率折算新型UPS输出容量对Cos的功率折算表2023/4/1520编辑ppt采用新型的具有恒定有功功率输出的UPS系列，以满足所有类型的负载（包括刀片式服务器）供电在负载功率因数0.8滞后<Cos

<0.8

超前范围内，UPS输出的有功功率基本保持不变，因此UPS容量无需功率折算4.新型恒定有功功率输出的UPS2023/4/1521编辑ppt新型UPS输出功率因数曲线图1感性－滞后容性－超前100%kVACos

0,8Cos

0.7Cos

0.6Cos

0.80,20,40,60,810,20,80,60,41在0.8滞后<Cos

<0.8

超前的范围内，有功功率无需折算100%kWCos

0.9Cos

0.94.新型恒定有功功率输出的UPSkVAR(%)kW(%)kVAR(%)Cos

0.80.20.40.60.82023/4/1522编辑ppt新型UPS输出功率因数曲线图2感性－滞后容性－超前100%kVACos

0,8Cos

0.7Cos

0.60,20,40,60,810,20,80,60,410.20.40.60.8在0.8滞后<Cos

<0.9

超前的范围内，有功功率无需折算100%kWCos

0.9Cos

0.94.新型恒定有功功率输出的UPSkVAR(%)kW(%)kVAR(%)Cos

0.8Cos

0.80.872023/4/1523编辑ppt上例2:电容性负载负载:S=250kVA;PF=0.9超前;THDi=15%负载：P=SxFP=225kW

4.新型恒定有功功率输出的UPS假设：S=250kVA,P=225kW,Cos=0.92超前2023/4/1524编辑ppt容性负载5.有源谐波调节器的解决方案SineWave有源谐波调节器，可以将负载超前的功率因数补偿为近似阻性的功率因数：补偿容性电流谐波成分被同时降低自适应型调节系统500kVA400kVAUPS320kW

Cos=0,9超前选择SineWave=60A2023/4/1525编辑ppt不使用SINEWAVEI1I2I3In电流114A101A88A59ATHDI21%23%16%相位22°超前20°超前22°超前功率因数PF0.93超前0.94超前0.93超前使用60ASINEWAVE电流108A96A87A16A(14AH1)THDI4%3%3%相位4°滞后8°滞后8°滞后功率因数PF10.99滞后0.99滞后有源谐波调节器的应用举例：5.有源谐波调节器的解决方案2023/4/1526要点回顾新型IT负载：输入Cos从0.9超前至

1！使用Cos

(DPF而非功率因数PF)来评估：超前的容性负载所引起的功率折算基于容性负载在THDi<20%时，CosFP新型的UPS应具有：Cos从0.8滞后到0.9超前时，恒定的有功功率带容性负载时无需功率折算

2023/4/1527编辑ppt梅兰日兰创新、发展的40年第一代三相

5-15kVAUPS由MerlinGerin设计生产2000196419962004Schneider重组电气集团1stLBO

创建MGEUPSSYSTEMS2ndLBO85%15%2023/4/1528编辑ppt关于MGEUPSSYSTEMSMGE是全球最高可用性电源保护方案的领导者，无论是在工业领域、企业网络、互联网还