【UPS】UPS與容性負(fù)載兼容性課件

1、【UPS】UPS與容性負(fù)載兼容性【UPS】UPS與容性負(fù)載兼容性1. IT負(fù)載的新趨向通信行業(yè)、數(shù)據(jù)中心的IT負(fù)載趨向容性化：功率因數(shù)超前、THDi下降、有功功率增加；供電需求趨向復(fù)雜化：雙電源甚至多電源輸入的服務(wù)器(刀片式服務(wù)器)；用于安裝選件的插槽使負(fù)載總量難以估算。2022/9/92面對這種新趨勢:傳統(tǒng)的UPS需要降容使用以應(yīng)對容性負(fù)載；傳統(tǒng)的發(fā)電機組需要足夠的KVAR以支持容性負(fù)載；系統(tǒng)變壓器需要加大容量以承受KW的增長。1. IT負(fù)載的新趨向通信行業(yè)、數(shù)據(jù)中心的IT負(fù)載趨向容性1. IT負(fù)載的新趨向2001年以前的IT負(fù)載(輸入特性)：存在大量的諧波、較低的功率因數(shù)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)無章可循U

2、PS面向此類非線性負(fù)載設(shè)計并供電2022/9/93H1H3H5H7Hn典型的負(fù)載特性電流的諧波頻譜IU Cos 1 THDi 60% CF = 2到3 FP = 0.7I基波U基波電壓和電流的基波1. IT負(fù)載的新趨向2001年以前的IT負(fù)載(輸入特性)2022/9/94傳統(tǒng)的RCD負(fù)載新增加的PFC濾波器 : THDI & PF )2001年以后的IT負(fù)載，輸入電路及特性的變化：電源模塊加入功率因數(shù)校正（PFC）電路1. IT負(fù)載的新趨向2022/9/36傳統(tǒng)的RCD負(fù)載新增加的PFC濾波器 : 1. IT負(fù)載的新趨向2001年以后的IT負(fù)載(IEC 61000-3-2 AMD 1-2001

3、)：每個電源模塊由75W至3KW（相電流16A）諧波電流必須降低（諧波發(fā)射的限值）使用帶電容器的輸入濾波器，以改善THDi(20%)功率因數(shù)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典型的負(fù)載特性電流的諧波頻譜1. IT負(fù)載的新趨向2001年以后的IT負(fù)載(IEC 6對IBM最新的Blade Center xSeries 345* 進行測量（單電源）2022/9/96特性 : 180W / 200VA FP = 0.9容性 Cos = 0.91容性 THDi = 14%* 資料來源：MGE 研發(fā)部R

4、&D1.IT負(fù)載的新趨向 刀片式服務(wù)器的特征參數(shù)7U-3.6KW42U-21.6KW對IBM最新的Blade Center xSeries 34電流總諧波失真度THDi：18%而不是傳統(tǒng)服務(wù)器的80-90%峰值因數(shù)Crest Factor：1.451.6而不是傳統(tǒng)服務(wù)器的2到3起動電流Inrush Current : 10In而不是傳統(tǒng)服務(wù)器的2In功率因數(shù)Power Factor：超前的0.90.95而不是傳統(tǒng)服務(wù)器滯后的0.6到0.72022/9/971.IT負(fù)載的新趨向 刀片式服務(wù)器的特征參數(shù)電流總諧波失真度THDi：18%2022/9/391.IT負(fù)2. 傳統(tǒng)UPS的輸出特性 2022

5、/9/98UPS輸出功率因數(shù)曲線圖(capacitif)(inductif)1kVA (%)0,89S(kVA)的功率折算1111超前負(fù)載（電容性）滯后負(fù)載（電感性）傳統(tǒng)UPS帶線性負(fù)載時，額定Cos 可以為0.8 超前；有功功率在Cos 從0.8滯后到1的范圍內(nèi)，無需功率折算。0,8kVAR (%)kW (%)kVAR (%)0,770,740,692. 傳統(tǒng)UPS的輸出特性 2022/9/310UPS輸出功2. 傳統(tǒng)UPS的輸出特性 2022/9/99UPS輸出端的等效電路I負(fù)載I逆變器I 電容2. 傳統(tǒng)UPS的輸出特性 2022/9/311UPS輸出端2022/9/910I負(fù)載I 電容I

6、逆變器I 負(fù)載I逆變器對于容性負(fù)載，逆變器處于過載運行狀態(tài)V負(fù)載I負(fù)載I逆變器對感性負(fù)載，逆變器處于正常運行狀態(tài)逆變器的容量設(shè)計為Cos = 0.8I 電容I 電容逆變器過載額定輸出電流逆變器額定電流2. 傳統(tǒng)UPS的輸出特性 2022/9/312I負(fù)載I 電容I逆變器I 負(fù)載I逆變器對2. 傳統(tǒng)UPS的輸出特性 2022/9/911UPS輸出容量對Cos 的功率折算表2. 傳統(tǒng)UPS的輸出特性 2022/9/313UPS輸出容為什么非線性負(fù)載可用Cos 來描述 非線性負(fù)載的功率因數(shù)PF與 Cos 的關(guān)系 :2022/9/912當(dāng)THDi接近20%時, PF與Cos 的差值很小THDi：總諧波

7、電流失真度 舉例： FP = 0.8時，THDi與Cos 的關(guān)系為什么非線性負(fù)載可用Cos 來描述 非線性負(fù)載的功率因數(shù)P2. 傳統(tǒng)UPS的輸出特性 舉例1 : RCD類型的負(fù)載負(fù)載 : S = 120kVA ; PF = 0.75 ; THDi = 80%負(fù)載：P(kW) = S(kVA) x FP = 90kW 2022/9/913假設(shè)： S(kVA), P(kW), Cos , 120kVA, 90kW, 0.98120kVA UPS 120kVA / 96kW OK. Cos = 0.98 不需功率折算RCD負(fù)載具有較高的諧波含量，僅受kVA的限制2. 傳統(tǒng)UPS的輸出特性 舉例1 :

8、 RCD類型的負(fù)載202. 傳統(tǒng)UPS的輸出特性 舉例2 : 電容性負(fù)載負(fù)載 : S = 250kVA ; PF = 0.9超前; THDi = 15%負(fù)載：P= S x FP = 225kW 2022/9/914假設(shè)：S= 250kVA, P= 225kW, Cos = 0.92超前 選擇300KVA還是400KVA的UPS?容性負(fù)載具有較高的有功功率，受到kW的限制(由于逆變器支路功率器件的限制)過載!2. 傳統(tǒng)UPS的輸出特性 舉例2 : 電容性負(fù)載2022/3. 傳統(tǒng)發(fā)電機的輸出特性 2022/9/915發(fā)電機輸出功率因數(shù)曲線圖kVARkWkVAR3. 傳統(tǒng)發(fā)電機的輸出特性 2022/

9、9/317發(fā)電機輸出功3. 傳統(tǒng)發(fā)電機的輸出特性 2022/9/916發(fā)電機輸出功率因數(shù)曲線（理論曲線）3. 傳統(tǒng)發(fā)電機的輸出特性 2022/9/318發(fā)電機輸出功傳統(tǒng)發(fā)電機的阻抗特性 輸出阻抗對失真度的影響電源的輸出電壓 THDU 取決于它自身的輸出阻抗2022/9/917ZsZcZsZc%F (Hz)電源阻抗 Zs 與負(fù)載阻抗 Zc的比值發(fā)電機變壓器自由頻率的脈寬調(diào)制 UPS50 _100 _0150 _50250500750* Zs表示變壓器、發(fā)電機、 電源電纜等的阻抗* Zs表示UPS的阻抗 U = Z I諧波頻率ZsZc傳統(tǒng)發(fā)電機的阻抗特性 輸出阻抗對失真度的影響2022/9/3容性

10、負(fù)載對發(fā)電機運行時的潛在威脅2022/9/918容性負(fù)載500kVA400kVA UPS320kWCos = 0.9 超前發(fā)電機可提供的容性功率：113kVAR max負(fù)載需要的容性功率 = 155kVAR解決方案：- 增容到 675 kVA發(fā)電機或- 安裝SW 60A有源諧波調(diào)節(jié)器發(fā)電機與負(fù)載特性不能兼容容性負(fù)載對發(fā)電機運行時的潛在威脅2022/9/320容性負(fù)載容性負(fù)載對發(fā)電機運行時的潛在威脅2022/9/919容性負(fù)載500kVA400kVA UPS320kWCos = 0.9 超前解決方案：- 增容到 675 kVA發(fā)電機容性負(fù)載對發(fā)電機運行時的潛在威脅2022/9/321容性負(fù)載20

11、22/9/9204. 新型恒定有功功率輸出的UPS有功功率在0.8滯后 Cos 0.8 超前時不需要功率折算新型UPS輸出容量對Cos 的功率折算表2022/9/3224. 新型恒定有功功率輸出的UPS有功功采用新型的具有恒定有功功率輸出的UPS系列，以滿足所有類型的負(fù)載（包括刀片式服務(wù)器）供電在負(fù)載功率因數(shù)0.8滯后 Cos 0.8 超前范圍內(nèi)，UPS輸出的有功功率基本保持不變，因此UPS容量無需功率折算2022/9/9214. 新型恒定有功功率輸出的UPS采用新型的具有恒定有功功率輸出的UPS系列，以滿足所有類型的2022/9/922新型UPS輸出功率因數(shù)曲線圖1感性滯后容性超前100%

12、kVACos 0,8Cos 0.7Cos 0.6Cos 0.80,20,40,60,810,20,80,60,41在0.8滯后 Cos 0.8 超前的范圍內(nèi)，有功功率無需折算100% kWCos 0.9Cos 0.94. 新型恒定有功功率輸出的UPSkVAR (%)kW (%)kVAR (%)Cos 0.80.20.40.60.82022/9/324新型UPS輸出功率因數(shù)曲線圖1感性滯后2022/9/923新型UPS輸出功率因數(shù)曲線圖2感性滯后容性超前100% kVACos 0,8Cos 0.7Cos 0.60,20,40,60,810,20,80,60,410.20.40.60.8在0.8滯

13、后 Cos 0.9 超前的范圍內(nèi)，有功功率無需折算100% kWCos 0.9Cos 0.94. 新型恒定有功功率輸出的UPSkVAR (%)kW (%)kVAR (%)Cos 0.8Cos 0.80.872022/9/325新型UPS輸出功率因數(shù)曲線圖2感性滯后上例2 : 電容性負(fù)載負(fù)載 : S = 250kVA ; PF = 0.9超前; THDi = 15%負(fù)載：P= S x FP = 225kW 2022/9/9244. 新型恒定有功功率輸出的UPS假設(shè)：S= 250kVA, P= 225kW, Cos = 0.92超前上例2 : 電容性負(fù)載2022/9/3264. 新型恒定有功202

14、2/9/925容性負(fù)載5. 有源諧波調(diào)節(jié)器的解決方案SineWave有源諧波調(diào)節(jié)器，可以將負(fù)載超前的功率因數(shù)補償為近似阻性的功率因數(shù)：補償容性電流諧波成分被同時降低自適應(yīng)型調(diào)節(jié)系統(tǒng)500kVA400kVA UPS320kWCos = 0,9 超前選擇SineWave = 60A2022/9/327容性負(fù)載5. 有源諧波調(diào)節(jié)器的解決方案S不使用SINEWAVE I 1 I 2 I 3 In電流114 A101 A88 A 59 ATHDI21 %23 %16 %相位22 超前20 超前22 超前功率因數(shù)PF0.93超前0.94超前0.93超前使用 60A SINEWAVE電流108 A96 A8

15、7 A16 A (14A H1)THDI4 %3 %3 %相位4滯后8滯后8滯后功率因數(shù)PF10.99滯后0.99滯后2022/9/926有源諧波調(diào)節(jié)器的應(yīng)用舉例：5. 有源諧波調(diào)節(jié)器的解決方案不使用SINEWAVE I 1 I 2 I要點回顧新型IT負(fù)載：輸入Cos 從0.9 超前至 1！使用Cos (DPF而非功率因數(shù)PF)來評估：超前的容性負(fù)載所引起的功率折算基于容性負(fù)載在THDi 20%時，Cos FP新型的UPS應(yīng)具有：Cos 從0.8滯后到0.9超前時，恒定的有功功率帶容性負(fù)載時無需功率折算 2022/9/927要點回顧新型IT負(fù)載：輸入Cos 從0.9 超前至 1！2梅蘭日蘭創(chuàng)新、發(fā)展的40年2022/9/928第一代三相 5-15 kVA UPS 由Merlin Gerin設(shè)計生產(chǎn)2000196419962004Schneider重組電氣集團1st LBO 創(chuàng)建MGE UPS SYSTEMS2nd LBO85 %15 %梅蘭日蘭創(chuàng)新、發(fā)展的40年2022/9/330第一代三相 5關(guān)于MGE UPS SYSTEMSMGE是全球最高可用性電源保護方案的領(lǐng)導(dǎo)者，無論是在工業(yè)領(lǐng)域、企業(yè)網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)還是在通訊網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)設(shè)施上，都是