1 UPS容量与负载量的计算.ppt

1、,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IEC 62040-3的UPS性

2、能标准（UPS Performance）和IEC 60146-4的UPS设计标准（UPS Design），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（Range of load power factor permitted - linear load 0.6 lead to 0.6 lag ）； UPS允许使用的非线性负载功率因数与线性

3、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：

4、 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

5、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IEC 62040-3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/380V 5% 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 =_

6、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(Power Factor)大多数为0.6 0.7。,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：

7、,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

8、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 = 3,5 In,负载的电气参数 峰值因数对UPS容量的影响举例： 例如： 200KVA UPS的峰值因数Cf=3:1，UPS额定电流In=303A， 则： UPS峰值电流为303A x 3 = 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259.7A x 660V = 171.4KVA 因此：,二、负载容量的相关因素,负载容量的确

9、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 * S i (4): 当负载的PF 0.8时，则选UPS有功功率 Pn=0.8*Sn P； 当负载的PF P。,三、负载容量的计算,其中：Sn为UPS的输出视在功率，Pn

10、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=220VA x 50台 = 11KVA) 服务器5台： P=200W/台, Imax=1.2A; (PF=0.75, 则S2=264VA x 5台 = 1.32KVA) 网络打印机2台：P=1000W/台, Imax=6.5A; (PF=0.7, 则S3=1430VA x 2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

11、/个, In=1A (PF=0.9, 则S5=220VA x 10个 = 2.2KVA)。,三、负载容量的计算（一）,总负载量： P=20.5KW。根据PF 20.5KW / 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 =26.22KW UPS容量Sn S = P / Pf =26.22 / 0.7 =37.46KVA， 显然30KVA UPS会

12、发生过载，应选择40KVA UPS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2 In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 =39.11KVA 40KVA 也应选择40KVA UPS。,page 19,4 x 10 kVA 20 kVA 20 kVA 1 = 0.6 2 = 0.7 cos = 0.8,UPS的额定视在功率： S = 54 / 0.68 = 79.4 kVA 应选择

13、100 kVA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 =100 kVA 计算机系统 - 每台计算机的起动电流为 8 In，持续四个周期(50 Hz ，80 毫秒)； 变频调速器 - 起动电流为 4 In，持续五个周期(50Hz，100 毫秒)； 隔离变压器 - 起动电流为10 In，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 =100 kVA,核实有功功率 UPS能够为负载提供的有功功率：100 x 0.8 = 80 kW 54 kW. 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 x 1.732) = 144 A,核实计算机系统的