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1.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。2026/1/242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。1.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2026/1/243H1H3H5H7Hn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2026/1/244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…1.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2026/1/245H1H3H5H7Hn

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对IBM最新的BladeCenterxSeries345*

进行测量（单电源）2026/1/246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-21.6KW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0.72026/1/2471.IT负载的新趋向…刀片式服务器的特征参数2.传统UPS的输出特性2026/1/248UPS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(%)0,770,740,692.传统UPS的输出特性2026/1/249UPS输出端的等效电路I负载I逆变器I电容2026/1/2410I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

2.传统UPS的输出特性2026/1/2411UPS输出容量对Cos

的功率折算表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:2026/1/2412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2.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

2026/1/2413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2.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

2026/1/2414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!3.传统发电机的输出特性2026/1/2415发电机输出功率因数曲线图kVARkWkVAR3.传统发电机的输出特性2026/1/2416发电机输出功率因数曲线（理论曲线）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2026/1/2417ZsZcZsZc%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=Z

I谐波频率ZsZc容性负载对发电机运行时的潜在威胁2026/1/2418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容性负载对发电机运行时的潜在威胁2026/1/2419容性负载500kVA400kVAUPS320kW

Cos

=0.9超前解决方案：-增容到

675kVA发电机2026/1/24204.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2026/1/24214.新型恒定有功功率输出的UPS2026/1/2422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

0.80.20.40.60.82026/1/2423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

0.80.87上例2:电容性负载负载:S=250kVA;PF=0.9超前;THDi=15%负载：P=SxFP=225kW

2026/1/24244.新型恒定有功功率输出的UPS假设：S=250kVA,P=225kW,Cos=0.92超前2026/1/2425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=60A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2026/1/2426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

2026/1/2427梅兰日兰创新、发展的40年2026/1/2428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%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、互联网还是在通讯