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谈新一代UPS负载功率因数的演变

来源:机房360 作者:温顺理 更新时间:2014-4-25 13:56:41

摘要:随着计算机技术的发展,其负载功率因数也发生了变化。为了适应这一趋势,新一代UPS的负载功率因数也为此进行改进,以提高此项指标。


  从实测波形可知,此时的功率因数为超前0.93(电流相位超前于电压相位),为什么功率因数会超前?这是因为计算机电源设计时滤波电容按满载容量选取,而通常计算机设备实际平均功耗为满载设计量的50%~80%之间,多台计算机设备由UPS系统供电,等效于多个滤波电容并联在一起,积少成多,聚沙成塔,很多过设计(over design)的滤波电容使总电流相位前移,输入电流超前于电压,形成矫枉过正的负面结果,使整体负载呈现容性。

  新型计算机负载有两个重要变化:

  (1)功率因数提升到0.9以上;

  (2)负载由传统的感性变为容性。

  因此,功率因数0.8的UPS已不能适应负载的需求,通常UPS过载的判断以额定容量(kVA)和额定功率(kW)为双重标准,其中任一参数过载都判定为过载。视在功率为


  例如,一台100kVA UPS,其负载功率因数是0.8,其满载能力是100kVA或80kW,其中任一参数超过额定值,UPS都判定为过载。传统UPS设计主要针对感性负载,其逆变器配置了一定容量的输出电容,当负载功率因数滞后时(感性负载),电容起到输出滤波和提供平衡无功功率的双重作用。电容自身呈现超前无功功率特性,如果带的是感性滞后无功功率负载,两者极性相反,互相抵消,UPS逆变功率器件主要提供有功功率,此时UPS输出容量不会降额。如果带容性负载,负载和UPS内置电容均呈现超前无功功率特性,双方彼此叠加,呈现更大的电容特性。此时,UPS逆变器需提供电容负载的无功电流,UPS逆变器的功率器件通流能力是有限度的,如果一部分电流被容性无功负载消耗,其输出的有功功率(kW)和总输出容量(kVA)均要大幅降额。例如:某知名品牌一款负载功率因数为0.8的传统UPS,在带超前0.9容性负载时,其功率因数降低30%。其带载能力如图5中最下面第三条曲线所示。以100kVA UPS输出PF=0.8的UPS为例(见表1):


  某知名金融企业核心曾发生惊险一幕,该数据中心采用双总线系统供电,在系统扩容时,中断一路UPS供电,另一路UPS却很快出现过载报警并切换到旁路供电的重大故障隐患。查找原因发现,设备负载为双路供电,正常供电时各承担40%的负载,当其一路UPS供电中断时,另一路UPS承担满载容量80%的负载,按照正常设计,UPS完全可以长期承担80%甚至100%的负载工作,但为什么会转旁路工作?是因为实际负载功率因数为超前0.9,这时UPS带载能力下降30%,只能带70%的满载容量。UPS系统不堪重负而转为旁路供电,使核心负载处于毫无保护的危险状况。综上所述,负载功率因数为0.8的UPS已不能满足新型数据中心的需求,实际使用时需做降额处理。


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