1 UPS容量与负载量的计算

1、UPS容量容量与与负载量的计算负载量的计算梅兰日兰电子（中国）有限公司电视台电视台UPS电源保护方案研讨会电源保护方案研讨会N2梅兰日兰电子（中国）有限公司T H E U N I N T E R R U P T I B L E P O W E R P R O V I D E Rw一、一、UPS容量的相关因素容量的相关因素 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w二、负载容量的相关因素二、负载容量的相关因素 负载的电气参数 负载的工作性质 w三、负载容量的计算三、负载容量的计算 计算举例（一） 计算举例（二）目录目录N3梅兰日兰电子（中国）有限公司T H

2、E U N I N T E R R U P T I B L E P O W E R P R O V I D E R一、一、UPS容量的相关因素容量的相关因素w与与UPS容量相关的电气参数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：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。N4梅兰日兰电子（中国）有限公司T H E U N I N T E R R U P T I B L E P O W E R P R O V I D E R UPS额定容量的标度额定容量的标度 根据IEC 62040-3

3、的UPS性能标准（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

4、载功率因数与线性负载的功率因数相同。一、一、UPS容量的相关因素容量的相关因素N5梅兰日兰电子（中国）有限公司T H E U N I N T E R R U P T I B L E P O W E R P R O V I D E R UPS过载（短路）能力的标度过载（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：限流过载10mn1mn1s1,25InIn1,65In2,33InI1.1In2UPS的过载能力的过载能力F1.05In -连续工作F1.1In -2小時F1.25In -10分钟F1.35In -3分钟F1.65In -1分钟2UPS的短路能力的短路能力

5、F以限流方式工作1秒钟一、一、UPS容量的相关因素容量的相关因素N6梅兰日兰电子（中国）有限公司T H E U N I N T E R R U P T I B L E P O W E R P R O V I D E R UPS过载（短路）的检测过载（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、一、UPS容量的相关因素容量的相关因素Uo2.33 In输出限流时，输出限流时，输出电压降低输出电压降低V(t)N7梅兰日兰电子（中国）有限公司T H E

6、U N I N T E R R U P T I B L E P O W E R P R O V I D E Rw 与与UPS配置相关的因素：配置相关的因素： UPS安装安装的环境、容量是否有更新的要求； UPS系统配置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； 是否易于维修易于维修，是否可安全维护安全维护，现场的平均修理时间现场的平均修理时间MTTR； 希望的供电系统平均无故障时间平均无故障时间MTBF、可用性可用性指标等。w 与与UPS运行环境相关的因素：运行环境相关的因素： 温度温度、湿度湿度、海拔高度海拔高度（大于1000米需要功率折算）、IP保护等保护等级

7、级（影响散热和功率折算）； 运行环境内是否有空调辅助散热散热（空载、满载的热损耗、排风量）、电池房间的通风散热通风散热等。一、一、UPS容量的相关因素容量的相关因素N8梅兰日兰电子（中国）有限公司T H E U N I N T E R R U P T I B L E P O W E R P R O V I D E R二、负载容量的相关因素二、负载容量的相关因素w负载的工作性质：负载的工作性质：是否24小时连续工作连续工作；是否365天不能停机不能停机；是否允许停电检修停电检修. 由此确定系统的所要求的由此确定系统的所要求的MTBF、MTTR、电源可用性、电源可用性w负载的电气参数：负载的电气参

8、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.N9梅兰日兰电子（中国）有限公司T H E U N I N T E R R U P T I B L E P O W E R P R O V I D E R负载的电气参数负载的电气参数 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二、负载容量的相关因素URsUcCRl 额定输入电压

9、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 =_W，需计算一下。N10梅兰日兰电子（中国）有限公司T H E U N I N T E R R U P T I B L E P O W E R P R O V I D E R负载的电气参数负载的电气参数 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二、负载容量的相关因素 工作时的最大电流Imax

10、：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，在计算计算额定容量额定容量时应按此电流予以考虑。N11梅兰日兰电子（中国）有限公司T H E U N I N T E R R U P T I B L E P O W E R P R O V I D E R负载的电气参数负载的电气参数 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二、负载容量的相关因素N12梅兰日兰电子（中国）有限公司T H E U N I N T E R R U P T

11、I B L E P O W E R P R O V I D E R负载的电气参数负载的电气参数 输入功率因数：对于非线性负载，其功率因数PF不等于Cos.)()(kVASkWP非线性负载的功率因数：)()(cos111kVASkWP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1cos2THDI其中：THDI表示电流的总谐波失真度二、负载容量的相关因素二、负载容量的相关因素N13梅兰日兰电子（中国）有限公司T H E U N I N T E R R U P T I B L E P O W E R P R O V I D E R负载的电气参数负载的电气参数 THDI：电流的总谐波失真度负载

12、谐波波形负载谐波波形RCD(微机)小型计算机可控硅整流器 H3 = 80%H5 = 35%H7 = 18%H9 = 9%H11= 5%THDI=90%峰值因数：峰值因数：2.5-3H5 = 21%H7 = 16%H9 = 0%H11= 10%H13= 9%THDI=30%峰值因数：峰值因数：2-2.5H5 =32%H7 =3%H9 =0%H11= 7%THDI=33%峰值因数：峰值因数：1.5-2谐波频谱谐波频谱二、负载容量的相关因素二、负载容量的相关因素N14梅兰日兰电子（中国）有限公司T H E U N I N T E R R U P T I B L E P O W E R P R O V

13、 I D E R负载的电气参数负载的电气参数 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二、负载容量的相关因素 负载峰值因数越高，表示非线负载峰值因数越高，表示非线性程度越严重性程度越严重 典型典型负载的峰值因数负载的峰值因数： 线性负载线性负载：Cf = 1.414六脉冲整流器六脉冲整流器：Cf1.5到2计算机主机计算机主机：Cf = 2 到 2.5微机微机：Cf = 2 到 3。有效值峰值CfCf = 3,5 In 非线性负载非线性负载线性负载线性负载Cf = 2 x InN15梅兰日兰电子（中国）

14、有限公司T H E U N I N T E R R U P T I B L E P O W E R P R O V I D E R负载的电气参数负载的电气参数 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：因此：%7 .85857. 02004 .171UPS的功率折算二、负载容

15、量的相关因素二、负载容量的相关因素非线性负载非线性负载Cf = 3,5 In 线性负载线性负载2 x InCf = N16梅兰日兰电子（中国）有限公司T H E U N I N T E R R U P T I B L E P O W E R P R O V I D E Rw负载容量的确定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)： 负载容量负载容量S不不等于等于S1+S2+S3+.+Sn的总和的总和： - 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

16、来进行计算。(2)：负载的合成功率因数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。N17梅兰日兰电子（中国）有限公司T H E U N I N T E R R U P T I B L E P O W E R P R O V I D E R

17、举例（一）举例（一）: UPS的负载如下：的负载如下：wPC机机50台：台： P=150W/台台, Imax=1A; (PF=0.68, 则则S1=220VA x 50台台 = 11KVA)w服务器服务器5台：台： P=200W/台台, Imax=1.2A; (PF=0.75, 则则S2=264VA x 5台台 = 1.32KVA)w网络打印机网络打印机2台：台：P=1000W/台台, Imax=6.5A; (PF=0.7, 则则S3=1430VA x 2台台 = 2.86KVA)w110V变压器变压器1台：台：P=8KW/台台, 三相，三相，In=15A; (PF=0.8, 则则S4 = 1

18、0KVA)w应急照明应急照明10个：个： P=200W/个个, In=1A (PF=0.9, 则则S5=220VA x 10个个 = 2.2KVA)。三、负载容量的计算（一）三、负载容量的计算（一）总负载量：总负载量： P=20.5KW。根据PF 20.5KW / 0.7 = 29.28KVA。N18梅兰日兰电子（中国）有限公司T H E U N I N T E R R U P T I B L E P O W E R P R O V I D E R 举例（一）举例（一）: UPS容量（容量（30KVA）的核算：）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

19、.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， 显然显然30KVA UPS会会发生过载发生过载，应选择40KVA UPS为宜。三、负载容量的计算（一）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容量的经验经验估算估算负载总容量除以负载总容量除以0.7系数系数，则

20、 SnS / 0.7 =S1+S2+S3+S4+S527.38KVA / 0.7 =39.11KVA 40KVA 也应选择40KVA UPS。N19梅兰日兰电子（中国）有限公司T H E U N I N T E R R U P T I B L E P O W E R P R O V I D E Rpage 19主 电 源中 压低 压计 算 机变 频 调 速 器隔 离 变 压 器发 电机 组旁 路4 x 10 kVA 20 kVA 20 kVA 1 = 0.6 2 = 0.7 cos = 0.8UPS的额定视在功率：的额定视在功率：S = 54 / 0.68 = 79.4 kVA应选择100 k

21、VA或更大一级的UPS。 举例（二）：举例（二）：UPS的的负载如下负载如下 视在功率 (kVA) 输入功率因数 有功功率(kW)计算机系统计算机系统40 0.6 24变频调速器变频调速器20 0.7 14变压器变压器 20 0.8 16总计S ？ = 0.68 P = 54 kW （测量得到）三、负载容量的计算（二）三、负载容量的计算（二）N20梅兰日兰电子（中国）有限公司T H E U N I N T E R R U P T I B L E P O W E R P R O V I D E R 举例（二）举例（二）: UPS容量的核算：容量的核算：UPS的额定视在功率的额定视在功率 Sn =100 kVA 计算机系统 - 每每台计算机台计算机的起动电流为的起动电流为 8 In，持续四个周期持续四个周期(50 Hz ，80 毫秒毫秒)； 变频调速器 - 起动电流为起动电流为 4 In，持续五个周期持续五个周期(50Hz，1