1、关注关注IT负载的发展趋向负载的发展趋向UPS与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。4/22/20222w面对这种新趋势面对这种新趋势: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4
2、/22/20223H1 H3 H5 H7Hn典型的负载特性电流的谐波频谱IUq Cos 1 q THDi 60%q CF = 2到3q FP = 0.7I基波基波U基波基波电压和电流的基波4/22/20224传统的RCD负载新增加的新增加的PFC滤波器滤波器 : THDI & PF )w 2001年以后的年以后的IT负载，负载，输入电路及特性的变化：输入电路及特性的变化：电源模块加入功率因数校正（电源模块加入功率因数校正（PFC）电路）电路1. IT负载的新趋向负载的新趋向1. IT负载的新趋向2001年以后的IT负载(IEC 61000-3-2 AMD 1-2001)：每个电源模块由75W至
3、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( 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 4/22/20229wUPS输出端的等效电路输出端的等效电路AB逆变器负载LCI负载I逆变器I 电容电容4/22/202210I负载I 电容电容I逆变器I 负载负载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C
4、os = 0.8I 电容电容I 电容电容逆变器过载额定输出电流逆变器额定电流2. 传统传统UPS的输出特性的输出特性 2. 传统UPS的输出特性 4/22/202211 Cos S(kVA)S(kVA)P(kW )P(kW )S(kVA)S(kVA)P(kW )P(kW )S(kVA)S(kVA)P(kW )P(kW )0.800.803002404003204503600.900.90267240356320400360阻性负载阻性负载1.001.002402403203203603600.950.952312193072923463280.900.902211992952653312980
5、.850.852141822862433212730.800.80209167279223313251感性负载感性负载容性负载容性负载300kVA / 240kW300kVA / 240kW400kVA / 320kW400kVA / 320kW450kVA / 360kW450kVA / 360kWwUPS输出容量对输出容量对Cos 的功率折算表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 :4/22/202212THDI FP Cos 10% 0,804 20% 0,816 30% 0,835 50% 0,89 70% 0,8 0,98 当TH
6、Di接近20%时, PF与Cos 的差值很小THDi：总谐波电流失真度 举例：举例： FP = 0.8时，时，THDi与与Cos 的关系的关系2THDi1PFCos2. 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 4/22/202213假设： S(kVA), P(kW), Cos , 120kVA, 90kW, 0.9898.012THDiPFCos120kVA UPS 120kVA / 96kW OK. Cos = 0.98 不需功率折算不需功率折
7、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= S x FP = 225kW 4/22/20221415%92.012功率折算超前THDiPFCos假设：S= 250kVA, P= 225kW, Cos = 0.92超前 选择300KVA还是400KVA的UPS? Cos S(kVA) P(kW) 0,8 滞滞后后 300kVA 240Kw 300KVA 0,92 超超前前 300kVA 204kW 0,8 滞滞后后 400kVA 320kW 400KV
8、A 0,92 超超前前 400kVA 272kW 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)过载过载!3. 传统发电机的输出特性 4/22/202215w发电机输出功率因数曲线图发电机输出功率因数曲线图1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,01,11,00,90,80,70,60,50,40,30,20,100,10,20,30,40,50,60,70,80,90,950,950,90,80,70,60,50,40,30,20,1EDBA
9、CFx 100% 最大无功功率容性x 100% 最大有功功率x 100% 最大感性无功功率功率因数功率因数kVARkWkVAR3. 传统发电机的输出特性 4/22/202216w发电机输出功率因数曲线（理论曲线）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4/22/202217ZsZcZsZc%F (Hz)电源阻抗电源阻抗 Zs 与负载阻抗与负载阻抗 Zc的比值的比值发电机发电机变压器变压器自由频率的脉宽调制自由频率的脉宽调制 UPS50 _100 _0150 _50250500750* Zs表示表示变压器、发电
10、机、变压器、发电机、 电源电缆等的阻抗电源电缆等的阻抗* Zs表示表示UPS的阻抗的阻抗 U = Z I谐波频率ZsZc容性负载对发电机运行时的潜在威胁4/22/202218容性负载500kVA400kVA UPS320kWCos = 0.9 超前超前发电机可提供的发电机可提供的容性功率：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4/22/202219容性负载500kVA400kVA UPS320kWCos =
11、 0.9 超前超前解决方案：- 增容到 675 kVA发电机)( 1.113315.0359)(359718.0500718.0315.0645.09.022KVARSinSQKVASnSCos：发电机的实际无功功率折算系数：发电机的实际视在功率折算系数：超前时的功率折算系数)(2.1559.01356)(3569.0)(320CosPS0.9Cos2KVARSinSQKVAKW负载的无功功率：超前时的视在功率：负载功率因数4/22/202220 Cos KWKW功率折算功率折算S(kVA)S(kVA)P(kW )P(kW )S(kVA)S(kVA)P(kW )P(kW )S(kVA)S(kV
12、A)P(kW )P(kW )0.8013002402404003203204503603600.901267240240356320320400360360阻性负载阻性负载1.0012402402403203203203603603600.9512532402403373203203793603600.9012672402403563203204003603600.8512822402403763203204243603600.801300240240400320320450360360450kVA / 360kW450kVA / 360kW感性负载感性负载容性负载容性负载400kVA / 3
13、20kW400kVA / 320kW300kVA / 240kW300kVA / 240kW4. 新型恒定有功功率输出的新型恒定有功功率输出的UPS有功功率在有功功率在0.8滞后 Cos 0.8 超前时不需要功率折算时不需要功率折算w新型新型UPS输出容量对输出容量对Cos 的功率折算表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4/22/2022214. 新型恒定有功功率输出的新型恒定有功功率输出的UPS4/22/20222
14、2w新型新型UPS输出功率因数曲线图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在在0.8滞后 Cos 0.8 超前的范围内，有功功率无需折算的范围内，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新型恒定有功功率输出的UPSkVAR (%)kW (%)kVAR (%)Cos 0.80.20.40.60.84/22/202223w新型新型UPS输出功率因数曲线图输出功率因数曲线图2感性滞后容性超前100% kVACos 0,8Cos 0.7
15、Cos 0.60,20,40,60,810,20,80,60,410.20.40.60.8在在0.8滞后 Cos 假设：S= 250kVA, P= 225kW, Cos = 0.92超前4/22/202225容性负载5. 有源谐波调节器的解决方案有源谐波调节器的解决方案wSineWave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 超前超前)(6.6366.0113155A需要补偿的容性电流选择选择SineWave = 60A不使用不使用SINEWAVE I 1 I
16、2 I 3 In电流电流114 A101 A88 A 59 ATHDI21 %23 %16 %相位相位22 超前超前20 超前超前22 超前超前功率因数功率因数PF0.93超前超前0.94超前超前0.93超前超前使用使用 60A SINEWAVE电流电流108 A96 A87 A16 A (14A H1)THDI4 %3 %3 %相位相位4滞后滞后8滞后滞后8滞后滞后功率因数功率因数PF10.99滞后滞后0.99滞后滞后4/22/202226w有源谐波调节器的应用举例：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
17、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 4/22/202227梅兰日兰创新、发展的40年4/22/202228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 %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，都是佼佼者2004年，MGE分享了世界UPS市场份额的14%MGE UPS SYSTEMS的电源解决方案包括：UPS电源系统、静态切换开关STS、配电系统PDU、谐波治理、浪涌抑制、逆变器、电源调节器.电源管理软件覆盖了几乎所有的应用平台：Microsoft, Novell, Unix, Linux, Mac.增值服务（AVS）：电源保护系统的结构设计和项目管理、现场电气调查、远程监测、合同维修、培训4/22/202229
