UPS与容性负载兼容性 共30页
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
450 360 400 360 360 360 379 360 400 360 424 360 450 360
有功功率在0.8滞后 < Cos < 0.8 超前时不需要功率折算
docin/sundae_meng
4. 新型恒定有功功率输出的UPS
新型UPS输出功率因数曲线图1
容性－超前
kW
(%) 感性－滞后
320kW 272kW
>容性负载具有较高的有功功率，受到kW的限制
docin/sundae_me(n由g 于逆变器支路功率器件的限制)
3. 传统发电机的输出特性
发电机输出功率因数曲线图
功率因数
x 100% 最大有 功功率
0,8
0,9 0,95
1k,1W
0,95 0,9
0,7
D
E
1,0
功率因数 0,8
4. 新型恒定有功功率输出的UPS
新型UPS输出功率因数曲线图2
容性－超前
kW
(%) 感性－滞后
Cos 0.9
Cos 0.8
0.87
100% kW
0.8 0.6
0.4
Cos 0.9
Cos 0,.8
Cos 0.7 Cos 0.6
0.2
kVAR (%) 1
0,8 0,6
0,4 0,2
0,2 0,4 0,6
0,8
1 kVAR (%)
在0.8 docin/sundae_meng 滞后 < Cos < 0.9 超前的范围内，有功功率无需折算
4. 新型恒定有功功率输出的UPS
0,7
0,9
0,6
0,8
F
0,6
0,7
0,5
0,6
0,5
0,5
0,4
0,4
0,4
0,3
0,3
0,3
0,2
0,2
0,2
0,1
0,1
0,1
0
kVAR 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6
x 100% 最大 容性无 功功率
docin/sundae_meng
0,5
0,4
0,3 A
0,2 0,1 B
0,0 C
新增加的PFC滤波器 : 传统的RCD负载 THDI & PF )
docin/sundae_meng
1. IT负载的新趋向…
2019年以后的IT负载(IEC 61000-3-2 AMD 1-2019)：
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
容性负载对发电机运行时的潜在威胁
500kVA
400kVA UPS
Cos 0.9超前时的功率折算系数：
折算系数＝ 0.6452 0.3152 0.718 发电机的实际视在功率： S Sn折算系数＝5000.718 359(KVA) 发电机的实际无功功率：
Q S Sin 3590.315 113.1(KVAR)
>假设：S= 250kVA, P= 225kW, Cos = 0.92超前 >选择300KVA还是400KVA的UPS?
300KVA
Cos
0,8 滞后
0,92超前
S(kVA) 300kVA 300kVA
P(kW) 240Kw 204kW
过载!
0,8 滞后
400KVA
0,92超前
400kVA 400kVA
1
267 240
1
240 240
1
253 240
1
267 240
1
282 240
1
300 240
400kVA / 320kW S(kVA) P(kW)
400 320 356 320 320 320 337 320 356 320 376 320 400 320
450kVA / 360kW S(kVA) P(kW)
11
cos 0,2
11
kVAR (%)
-80 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30
40 50 60
Q/Sn %
kVAR (%)
70 80 90 100
> 传统UPS带线性负载时，额G定alaxCy Sotasndard可以为0.8 超前； docin/sund>ae_有men功g 功率在Cos 从0.8滞后到1的范围内，无需功率折算。
docin/sundae_meng
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= S x FP = 225kW
C oP s F1TH 2D 0.9超 i2 前 功率 15 折 %
2. 传统UPS的输出特性
UPS输出功率因数曲线图
P/Sn %
超前Le负adi载ng （loa电d (容ca性pa）citif) kW Lag滞gin后g L负oad载(i（nd电uc感tif性) ）
100
(%) S(kVA)的功率折算
90
cos 0,9
80
cos 0,8
cos 0,95
典型的负载特性
Cos = 0.92超前
I
U
THDi = 20%
FP = 0.9超前
docin/sundae_meng
电流的n
1.IT负载的新趋向… 刀片式服务器的特征参数
对IBM最新的Blade Center xSeries 345* 进行测量（单电源）
I 电容
逆变器额定电流
逆变器的容量设计 为Cosφ = 0.8
对感性负载，逆变 器处于正常运行状 态
2. 传统UPS的输出特性
UPS输出容量对Cos 的功率折算表
Cos 感性负载 0.80
0.90 阻性负载 1.00
0.95 容性负载 0.90
0.85 0.80
300kVA / 240kW S(kVA) P(kW)
负载功率因C数os 0.9超前时的视在功率：
S P 320(KW) 356(KVA)
Cos
0.9
负载的无功功率：
容性负载 docin/sundae_meng
320kW
Q SSin 356 10.92 155.2(KVAR)
Cos = 0.9 超前 解决方案：
特性 :
180W / 200VA FP = 0.9容性 Cos = 0.91容性 THDi = 14%
docin/s*un资dae料_me来ng 源：MGE 研发部R&D
7U--3.6KW 42U-21.6KW
1.IT负载的新趋向… 刀片式服务器的特征参数
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Crest Factor：1.45~1.6
而不是传统服务器的2到3
起动电流Inrush Current : 10In
而不是传统服务器的2In
功率因数Power Factor：超前的0.9~0.95
而不是传统服务器滞后的0.6到0.7
docin/sundae_meng
- 增容到 675 kVA发电机
4. 新型恒定有功功率输出的UPS
新型UPS输出容量对Cos 的功率折算表
感性负载 阻性负载
容性负载
Cos 0.80 0.90 1.00 0.95 0.90 0.85 0.80
300kVA / 240kW KW功率折算 S(kVA) P(kW)
1
300 240
THDI 10% 20% 30% 50% 70%
FP
Cos
0,804
当THDi接近20%时,
0,816
PF与Cos 的差值很小
0,8
0,835
0,89
0,98
docin/sundaeT_mHengDi：总谐波电流失真度
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) x FP = 90kW
Cos 0.9 Cos 0.8
100% kW
0.8 0.6
Cos 0.9
Cos 0,.8
Cos 0.7 Cos 0.6
0.4
0.2
kVAR (%) 1
0,8 0,6
0,4 0,2
0,2 0,4 0,6
0,8
1 kVAR (%)
在0.8 docin/sundae_meng 滞后 < Cos < 0.8 超前的范围内，有功功率无需折算
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。
docin/sundae_meng
1. IT负载的新趋向…
2019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
C os P F1TH 2 D 0.9i 8
>假设：
S(kVA), P(kW), Cos , 120kVA, 90kW, 0.98
>120kVA UPS 120kVA / 96kW
>OK. 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
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 x 100% 最大感 性无功 功率
kVAR
3. 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）
docin/sundae_meng
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
70
0,8
60
cos 0,9 00,,7717
50
cos 0,8
0,07,648
cos 0,7
00,6,694
40
cos 0,6
0,61
30
0,6
cos 0,4 20
0,57
10
cos 0,2
0,56
00,8899
11 11 11
cos 0,7 cos 0,6
cos 0,4
发电机可提供的 容性功率：
500kVA
113kVAR max
400kVA UPS
发电机与负载特性不能兼容
负载需要的容性功率 = 155kVAR
320kW
Cos = 0.9 超前
容性负载 docin/sundae_meng
解决方案： - 增容到 675 kVA发电机 或 - 安装SW 60A有源谐波调节器
Cos 1 THDi > 60% CF = 2到3 FP = 0.7
典型的负载特性
I U
电压和电流的基波
docin/sundae_meng
U基波 I基波
电流的谐波频谱
H1 H3 H5 H7
Hn
1. IT负载的新趋向…
2019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
450 360 400 360 360 360 346 328 331 298 321 273 313 251
docin/sundae_meng
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 :
CosPF 1TH2Di
举例： FP = 0.8时，THDi与Cos 的关系
Zs
Zs Zc
%
电源阻抗 Zs 与负载阻抗 Zc的比值
150 _
发电机
U=ZI
Zc
100 _
* Zs表示变压器、发电机、
电源电缆等的阻抗
变压器 Zs
50 _
0 50
docin/sundae_meng
自由频率的脉宽调制 UPS
250
500
750 F (Hz)
谐波频率
Zc * Zs表示UPS的阻抗
容性负载对发电机运行时的潜在威胁
关注IT负载的发展趋向—— UPS与容性负载的兼容性讨论
docin/sundae_meng
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。
2. 传统UPS的输出特性
UPS输出端的等效电路
docin/sundae_meng
I逆变器
I负载
I 电容
2. 传统UPS的输出特性
逆变器过载
I 电容
额定输出电流
I逆变器 I 负载
对于容性负载，逆 变器处于过载运行 状态
φ
I逆变器
I逆变器 I负载 I负载
V负载 I 电容
docin/sundae_meng
300 240 267 240 240 240 231 219 221 199 214 182 209 167
400kVA / 320kW S(kVA) P(kW)
400 320 356 320 320 320 307 292 295 265 286 243 279 223
450kVA / 360kW S(kVA) P(kW)
有功功率在0.8滞后 < Cos < 0.8 超前时不需要功率折算
docin/sundae_meng
4. 新型恒定有功功率输出的UPS
新型UPS输出功率因数曲线图1
容性－超前
kW
(%) 感性－滞后
320kW 272kW
>容性负载具有较高的有功功率，受到kW的限制
docin/sundae_me(n由g 于逆变器支路功率器件的限制)
3. 传统发电机的输出特性
发电机输出功率因数曲线图
功率因数
x 100% 最大有 功功率
0,8
0,9 0,95
1k,1W
0,95 0,9
0,7
D
E
1,0
功率因数 0,8
4. 新型恒定有功功率输出的UPS
新型UPS输出功率因数曲线图2
容性－超前
kW
(%) 感性－滞后
Cos 0.9
Cos 0.8
0.87
100% kW
0.8 0.6
0.4
Cos 0.9
Cos 0,.8
Cos 0.7 Cos 0.6
0.2
kVAR (%) 1
0,8 0,6
0,4 0,2
0,2 0,4 0,6
0,8
1 kVAR (%)
在0.8 docin/sundae_meng 滞后 < Cos < 0.9 超前的范围内，有功功率无需折算
4. 新型恒定有功功率输出的UPS
0,7
0,9
0,6
0,8
F
0,6
0,7
0,5
0,6
0,5
0,5
0,4
0,4
0,4
0,3
0,3
0,3
0,2
0,2
0,2
0,1
0,1
0,1
0
kVAR 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6
x 100% 最大 容性无 功功率
docin/sundae_meng
0,5
0,4
0,3 A
0,2 0,1 B
0,0 C
新增加的PFC滤波器 : 传统的RCD负载 THDI & PF )
docin/sundae_meng
1. IT负载的新趋向…
2019年以后的IT负载(IEC 61000-3-2 AMD 1-2019)：
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
容性负载对发电机运行时的潜在威胁
500kVA
400kVA UPS
Cos 0.9超前时的功率折算系数：
折算系数＝ 0.6452 0.3152 0.718 发电机的实际视在功率： S Sn折算系数＝5000.718 359(KVA) 发电机的实际无功功率：
Q S Sin 3590.315 113.1(KVAR)
>假设：S= 250kVA, P= 225kW, Cos = 0.92超前 >选择300KVA还是400KVA的UPS?
300KVA
Cos
0,8 滞后
0,92超前
S(kVA) 300kVA 300kVA
P(kW) 240Kw 204kW
过载!
0,8 滞后
400KVA
0,92超前
400kVA 400kVA
1
267 240
1
240 240
1
253 240
1
267 240
1
282 240
1
300 240
400kVA / 320kW S(kVA) P(kW)
400 320 356 320 320 320 337 320 356 320 376 320 400 320
450kVA / 360kW S(kVA) P(kW)
11
cos 0,2
11
kVAR (%)
-80 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30
40 50 60
Q/Sn %
kVAR (%)
70 80 90 100
> 传统UPS带线性负载时，额G定alaxCy Sotasndard可以为0.8 超前； docin/sund>ae_有men功g 功率在Cos 从0.8滞后到1的范围内，无需功率折算。
docin/sundae_meng
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= S x FP = 225kW
C oP s F1TH 2D 0.9超 i2 前 功率 15 折 %
2. 传统UPS的输出特性
UPS输出功率因数曲线图
P/Sn %
超前Le负adi载ng （loa电d (容ca性pa）citif) kW Lag滞gin后g L负oad载(i（nd电uc感tif性) ）
100
(%) S(kVA)的功率折算
90
cos 0,9
80
cos 0,8
cos 0,95
典型的负载特性
Cos = 0.92超前
I
U
THDi = 20%
FP = 0.9超前
docin/sundae_meng
电流的n
1.IT负载的新趋向… 刀片式服务器的特征参数
对IBM最新的Blade Center xSeries 345* 进行测量（单电源）
I 电容
逆变器额定电流
逆变器的容量设计 为Cosφ = 0.8
对感性负载，逆变 器处于正常运行状 态
2. 传统UPS的输出特性
UPS输出容量对Cos 的功率折算表
Cos 感性负载 0.80
0.90 阻性负载 1.00
0.95 容性负载 0.90
0.85 0.80
300kVA / 240kW S(kVA) P(kW)
负载功率因C数os 0.9超前时的视在功率：
S P 320(KW) 356(KVA)
Cos
0.9
负载的无功功率：
容性负载 docin/sundae_meng
320kW
Q SSin 356 10.92 155.2(KVAR)
Cos = 0.9 超前 解决方案：
特性 :
180W / 200VA FP = 0.9容性 Cos = 0.91容性 THDi = 14%
docin/s*un资dae料_me来ng 源：MGE 研发部R&D
7U--3.6KW 42U-21.6KW
1.IT负载的新趋向… 刀片式服务器的特征参数
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Crest Factor：1.45~1.6
而不是传统服务器的2到3
起动电流Inrush Current : 10In
而不是传统服务器的2In
功率因数Power Factor：超前的0.9~0.95
而不是传统服务器滞后的0.6到0.7
docin/sundae_meng
- 增容到 675 kVA发电机
4. 新型恒定有功功率输出的UPS
新型UPS输出容量对Cos 的功率折算表
感性负载 阻性负载
容性负载
Cos 0.80 0.90 1.00 0.95 0.90 0.85 0.80
300kVA / 240kW KW功率折算 S(kVA) P(kW)
1
300 240
THDI 10% 20% 30% 50% 70%
FP
Cos
0,804
当THDi接近20%时,
0,816
PF与Cos 的差值很小
0,8
0,835
0,89
0,98
docin/sundaeT_mHengDi：总谐波电流失真度
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) x FP = 90kW
Cos 0.9 Cos 0.8
100% kW
0.8 0.6
Cos 0.9
Cos 0,.8
Cos 0.7 Cos 0.6
0.4
0.2
kVAR (%) 1
0,8 0,6
0,4 0,2
0,2 0,4 0,6
0,8
1 kVAR (%)
在0.8 docin/sundae_meng 滞后 < Cos < 0.8 超前的范围内，有功功率无需折算
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。
docin/sundae_meng
1. IT负载的新趋向…
2019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
C os P F1TH 2 D 0.9i 8
>假设：
S(kVA), P(kW), Cos , 120kVA, 90kW, 0.98
>120kVA UPS 120kVA / 96kW
>OK. 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
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 x 100% 最大感 性无功 功率
kVAR
3. 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）
docin/sundae_meng
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
70
0,8
60
cos 0,9 00,,7717
50
cos 0,8
0,07,648
cos 0,7
00,6,694
40
cos 0,6
0,61
30
0,6
cos 0,4 20
0,57
10
cos 0,2
0,56
00,8899
11 11 11
cos 0,7 cos 0,6
cos 0,4
发电机可提供的 容性功率：
500kVA
113kVAR max
400kVA UPS
发电机与负载特性不能兼容
负载需要的容性功率 = 155kVAR
320kW
Cos = 0.9 超前
容性负载 docin/sundae_meng
解决方案： - 增容到 675 kVA发电机 或 - 安装SW 60A有源谐波调节器
Cos 1 THDi > 60% CF = 2到3 FP = 0.7
典型的负载特性
I U
电压和电流的基波
docin/sundae_meng
U基波 I基波
电流的谐波频谱
H1 H3 H5 H7
Hn
1. IT负载的新趋向…
2019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
450 360 400 360 360 360 346 328 331 298 321 273 313 251
docin/sundae_meng
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 :
CosPF 1TH2Di
举例： FP = 0.8时，THDi与Cos 的关系
Zs
Zs Zc
%
电源阻抗 Zs 与负载阻抗 Zc的比值
150 _
发电机
U=ZI
Zc
100 _
* Zs表示变压器、发电机、
电源电缆等的阻抗
变压器 Zs
50 _
0 50
docin/sundae_meng
自由频率的脉宽调制 UPS
250
500
750 F (Hz)
谐波频率
Zc * Zs表示UPS的阻抗
容性负载对发电机运行时的潜在威胁
关注IT负载的发展趋向—— UPS与容性负载的兼容性讨论
docin/sundae_meng
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。
2. 传统UPS的输出特性
UPS输出端的等效电路
docin/sundae_meng
I逆变器
I负载
I 电容
2. 传统UPS的输出特性
逆变器过载
I 电容
额定输出电流
I逆变器 I 负载
对于容性负载，逆 变器处于过载运行 状态
φ
I逆变器
I逆变器 I负载 I负载
V负载 I 电容
docin/sundae_meng
300 240 267 240 240 240 231 219 221 199 214 182 209 167
400kVA / 320kW S(kVA) P(kW)
400 320 356 320 320 320 307 292 295 265 286 243 279 223
450kVA / 360kW S(kVA) P(kW)