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1、关注IT负载的发展趋向 UPS与容性负载的兼容性讨论,http:/ 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。,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。,http:/ 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,典型的负
2、载特性,电流的谐波频谱,Cos 1 THDi 60% CF = 2到3 FP = 0.7,电压和电流的基波,http:/ : 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,http:/ 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,Cos = 0.92超前 THDi = 20% FP =
3、 0.9超前,典型的负载特性,电流的谐波频谱,http:/ Center xSeries 345* 进行测量(单电源),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&D,1.IT负载的新趋向 刀片式服务器的特征参数,7U-3.6KW 42U-21.6KW,http:/ 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0.90.9
4、5 而不是传统服务器滞后的0.6到0.7,1.IT负载的新趋向 刀片式服务器的特征参数,http:/ 传统UPS的输出特性,UPS输出功率因数曲线图,(capacitif),(inductif),0,89,S(kVA)的功率折算,1,1,1,1,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。,0,8,0,77,0,74,0,69,http:/ 传统UPS的输出特性,UPS输出端的等效电路,http:/ = 0.8,额定输出电流,逆变器额定电流,2. 传统UPS的输出特性,http:/
5、传统UPS的输出特性,UPS输出容量对Cos 的功率折算表,http:/ 来描述,非线性负载的功率因数PF与 Cos 的关系 :,当THDi接近20%时, PF与Cos 的差值很小,THDi:总谐波电流失真度,举例: FP = 0.8时,THDi与Cos 的关系,http:/ 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,假设: S(kVA), P(kW), Cos , 120kVA, 90kW, 0.98,120kVA UPS 120kVA /
6、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,http:/ 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,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!,http:/ 传统发电机的输出特性,发电机输出功率因数曲线图,http:/ 传统发电机的输出特性,发电机输出功率
7、因数曲线(理论曲线),http:/ 电源的输出电压 THDU 取决于它自身的输出阻抗,Zs Zc,%,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 UPS,50 _,100 _,0,150 _,50,250,500,750,* 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,http:/ UPS,320kW Cos = 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
8、器,发电机与负载特性不能兼容,http:/ UPS,320kW Cos = 0.9 超前,解决方案: - 增容到 675 kVA发电机,http:/ 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,http:/ 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. 新型恒定有功功率输出的UPS,http:/ kVA,Cos 0,8,Cos 0.7,Cos 0.6,0,2,0,4,0,6,0,8,1,0,2,0,8,0,6,0,4,1,在0.8滞
9、后 Cos 0.8 超前的范围内,有功功率无需折算,100% kW,4. 新型恒定有功功率输出的UPS,0.2,0.4,0.6,0.8,http:/ kVA,Cos 0,8,Cos 0.7,Cos 0.6,0,2,0,4,0,6,0,8,1,0,2,0,8,0,6,0,4,1,0.2,0.4,0.6,0.8,在0.8滞后 Cos 0.9 超前的范围内,有功功率无需折算,100% kW,4. 新型恒定有功功率输出的UPS,http:/ : 电容性负载 负载 : S = 250kVA ; PF = 0.9超前; THDi = 15% 负载:P= S x FP = 225kW,4. 新型恒定有功功率
10、输出的UPS,假设:S= 250kVA, P= 225kW, Cos = 0.92超前,http:/ 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,500kVA,400kVA UPS,320kW Cos = 0,9 超前,选择SineWave = 60A,http:/ 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
11、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,http:/ 5-15 kVA UPS 由Merlin Gerin设计生产,2000,1964,1996,2004,Schneider 重组电气集团,1st LBO 创建MGE UPS SYSTEMS,2nd LBO,85 %,15 %,http:/ UPS SYSTEMS,MGE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,http:/
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