【UPS】UPS与容性负载兼容性课件

1、【UPS】UPS与容性负载兼容性【UPS】UPS与容性负载兼容性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。2022/9/92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负载的新趋向通信行业、数据中心的IT负载趋向容性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U

2、PS面向此类非线性负载设计并供电2022/9/93H1H3H5H7Hn典型的负载特性电流的谐波频谱IU Cos 1 THDi 60% CF = 2到3 FP = 0.7I基波U基波电压和电流的基波1. IT负载的新趋向2001年以前的IT负载(输入特性)2022/9/94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2022/9/36传统的RCD负载新增加的PFC滤波器 : 1. IT负载的新趋向2001年以后的IT负载(IEC 61000-3-2 AMD 1-2001

3、)：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2022/9/95H1H3H5H7Hn 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1. IT负载的新趋向2001年以后的IT负载(IEC 6对IBM最新的Blade Center xSeries 345* 进行测量（单电源）2022/9/96特性 : 180W / 200VA FP = 0.9容性 Cos = 0.91容性 THDi = 14%* 资料来源：MGE 研发部R

4、&D1.IT负载的新趋向 刀片式服务器的特征参数7U-3.6KW42U-21.6KW对IBM最新的Blade Center xSeries 34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：1.451.6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0.90.95而不是传统服务器滞后的0.6到0.72022/9/971.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%2022/9/391.IT负2. 传统UPS的输出特性 2022

5、/9/98UPS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 2022/9/310UPS输出功2. 传统UPS的输出特性 2022/9/99UPS输出端的等效电路I负载I逆变器I 电容2. 传统UPS的输出特性 2022/9/311UPS输出端2022/9/910I负载I 电容I

6、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Cos = 0.8I 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 2022/9/312I负载I 电容I逆变器I 负载I逆变器对2. 传统UPS的输出特性 2022/9/911UPS输出容量对Cos 的功率折算表2. 传统UPS的输出特性 2022/9/313UPS输出容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 :2022/9/912当THDi接近20%时, PF与Cos 的差值很小THDi：总谐波

7、电流失真度 举例： FP = 0.8时，THDi与Cos 的关系为什么非线性负载可用Cos 来描述 非线性负载的功率因数P2. 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 2022/9/913假设： S(kVA), P(kW), Cos , 120kVA, 90kW, 0.98120kVA 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2. 传统UPS的输出特性 举例1 :

8、 RCD类型的负载202. 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 2022/9/914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!2. 传统UPS的输出特性 举例2 : 电容性负载2022/3. 传统发电机的输出特性 2022/9/915发电机输出功率因数曲线图kVARkWkVAR3. 传统发电机的输出特性 2022/

9、9/317发电机输出功3. 传统发电机的输出特性 2022/9/916发电机输出功率因数曲线（理论曲线）3. 传统发电机的输出特性 2022/9/318发电机输出功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2022/9/917ZsZcZsZc%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传统发电机的阻抗特性 输出阻抗对失真度的影响2022/9/3容性

10、负载对发电机运行时的潜在威胁2022/9/918容性负载500kVA400kVA UPS320kWCos = 0.9 超前发电机可提供的容性功率：113kVAR max负载需要的容性功率 = 155kVAR解决方案：- 增容到 675 kVA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2022/9/320容性负载容性负载对发电机运行时的潜在威胁2022/9/919容性负载500kVA400kVA UPS320kWCos = 0.9 超前解决方案：- 增容到 675 kVA发电机容性负载对发电机运行时的潜在威胁2022/9/321容性负载20

11、22/9/9204. 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2022/9/3224. 新型恒定有功功率输出的UPS有功功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2022/9/9214. 新型恒定有功功率输出的UPS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2022/9/922新型UPS输出功率因数曲线图1感性滞后容性超前100%

12、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 0.80.20.40.60.82022/9/324新型UPS输出功率因数曲线图1感性滞后2022/9/923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

13、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 0.80.872022/9/325新型UPS输出功率因数曲线图2感性滞后上例2 : 电容性负载负载 : S = 250kVA ; PF = 0.9超前; THDi = 15%负载：P= S x FP = 225kW 2022/9/9244. 新型恒定有功功率输出的UPS假设：S= 250kVA, P= 225kW, Cos = 0.92超前上例2 : 电容性负载2022/9/3264. 新型恒定有功202

14、2/9/925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500kVA400kVA UPS320kWCos = 0,9 超前选择SineWave = 60A2022/9/327容性负载5. 有源谐波调节器的解决方案S不使用SINEWAVE I 1 I 2 I 3 In电流114 A101 A88 A 59 ATHDI21 %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 60A SINEWAVE电流108 A96 A8

15、7 A16 A (14A H1)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2022/9/926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不使用SINEWAVE I 1 I 2 I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，Cos FP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 2022/9/927要点回顾新型IT负载：输入Cos 从0.9 超前至 1！2梅兰日兰创新、发展的40年2022/9/928第一代三相 5-15 kVA UPS 由Merlin Gerin设计生产2000196419962004Schneider重组电气集团1st LBO 创建MGE UPS SYSTEMS2nd LBO85 %15 %梅兰日兰创新、发展的40年2022/9/330第一代三相 5关于MGE UPS SYSTEMSMGE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、互联网还是在通讯网络的基础设施上，都是