如何計算新的UPS的容量需求?

2018.07.04

數據中心UPS需求取決于多種(zhǒng)可變因素。開(kāi)發(fā)配置工具并确定UPS的估計容量,可滿足企業當下和未來的需求。當企業需要一台不間斷電源單元時(shí),該如何對(duì)容量需求進(jìn)行計算?

部分不間斷電源(UninterruptiblePowerSupply,UPS)系統是按照額定千瓦(kW)參數進(jìn)行分級的,而另一些按照千伏安(VA)參數進(jìn)行分級的。

UPS術語與現狀

千瓦(KW)和千伏特安培(kVA)僅僅簡單意味著(zhe)1000瓦特或1000伏特安培——而k(千)前綴用于較大量級的數字。

對(duì)直流電路來說(shuō),物理學(xué)的基本規律是瓦特=伏特x安培。交流(AC)電源爲我們的建築物和設備供電。對(duì)于電力公司來說(shuō)交流電源更具有效率,但當其到達設備的變壓器,它會(huì)展現出一種(zhǒng)稱爲電抗的特性。

電抗降低會(huì)降低視在功率(伏特安培)中的有用功率(瓦特)。這(zhè)兩(liǎng)個數的比值稱爲功率因數(PowerFactor,PF)。因此,交流電路的實際功率公式是瓦特=伏特x安培x功率因數。不幸的是,大多數設備的PF都(dōu)不固定,但其數字一般是1.0或更少,1.0的PF一般是指一隻燈泡。

多年來,大型UPS系統是基于PF0.8的數值設計的,這(zhè)意味著(zhe)一個10萬伏特安培UPS隻能(néng)支持80千瓦的電力負載。

大多數大型商業UPS系統現在是按照PF0.9的數值設計的。這(zhè)讓我們認識到當今大多數的計算技術對(duì)UPS的PF值都(dōu)在0.95和0.98之間。有些系統甚至被(bèi)設計成(chéng)PF值爲1,這(zhè)意味著(zhe)千伏特安培千瓦額定值是相同的(100千伏特安培=100千瓦)。然而,由于IT負載不會(huì)對(duì)這(zhè)些UPS系統表現出1.0的PF值,實際的負載限制取決于千伏特安培的參數。

不論參數是如何标明的,在真實世界的數據中心100KVAUPS事(shì)實上將(jiāng)無法支持100千瓦的負載。真正了解您設備容量的唯一方法是閱讀UPS顯示器。負載百分比會(huì)告訴您的設備在多大程度上接近最大千瓦值或千伏特安培值,但要注意,這(zhè)一比例會(huì)會(huì)在負載最重的一相上展示出來,并非總計的UPS容量。

大型UPS系統是三相電源設計。在美國(guó),您可以在任何一個相位和所謂的中性導體之間獲得120伏特,而在任意兩(liǎng)個相位導體之間,您可以獲得208伏特(而不是220或是240伏特)電壓。在歐洲,您在任一相位和中性線之間可獲得230或240伏特。相位間是不連接的。除非所有三個相位之間的負載接近相等,否則您不會(huì)像顯示器所展示那樣(yàng)接近最大總容量。您需要進(jìn)一步檢查所有三個相位之間的負載以确定該數值。舉例來說(shuō),某台100kVA的UPS擁有0.9的PF數值,或90kW容量。如果相位A加載到95%,相位B加載到60%,、而相位C隻有25%,UPS將(jiāng)仍然有40kVA或36kW處于未使用狀态。盡管度數95%之多,這(zhè)40%的剩餘容量。

UPS的kW或kVA的容量都(dōu)不能(néng)被(bèi)超出額定值,但由于較高的PF數字,當今通常是kW這(zhè)一參數更加重要。然而市面(miàn)上也有部分UPS系統的功率因數經(jīng)過(guò)校正,使得這(zhè)些産品的kW和kVA額定數值是相同的。

相位間不平衡的計算舉例

UPS系統的标牌數據

當計算UPS單元的尺寸需求時(shí),最大的問題是如何确定它們的實際負載。許多數據硬件制造商仍然在其制造的設備上無法提供足夠的數據,或是提供容易讓人誤導的數據。大廠商通常會(huì)在他們的網站上鏈接有配置器。如果使用正确,這(zhè)些配置工具往往會(huì)給出相當準确的信息。但是沒(méi)有工具可以爲您提供總負載的準确估計。需要您自己來獲取實際的數字。

小心使用标牌(數據)。上面(miàn)通常是合法的參數,通常會(huì)給出一個比該單元將(jiāng)能(néng)達到的伏安額定值更高的數值。例如,想象某單元标牌上顯示可在90至240伏電壓,以4至8安培電流下可提供500瓦特(W)電源。

首先,數字是與實際不符的。電流數據相對(duì)于電壓數值偏大。如果假設額定電壓120伏特,額定電源8安培,您得到960的伏特安培。該數據乘以0.95將(jiāng)得到912瓦。沒(méi)有哪個電源的效率會(huì)這(zhè)麼(me)低,以至于電源幾乎從來沒(méi)有在全功率運行。因此,這(zhè)是極不可能(néng)的,這(zhè)個裝置將(jiāng)能(néng)再超過(guò)500瓦的功率,但如果您想保守計算的話,乘以1.1可以計算出550瓦的輸入功率值。

不要被(bèi)雙線設備所蒙騙。當電源提供共享負載時(shí),人們往往會(huì)認爲其中任何一個應該能(néng)夠承載滿負載。因此,一台具有兩(liǎng)個500瓦電源的單元仍然應該隻有單線來計算。

UPS容量參數

當您估算出了實際負載,在實際運行UPS時(shí)應按照實際額定容量的80%來規劃。這(zhè)能(néng)夠爲高峰操作環境留出空間,給您安裝副本設備時(shí)候能(néng)提供相應的容量,允許您從退役的舊有設備中獲得一點點增長(cháng)。對(duì)于規劃負載有80kW,1.0PF值,額定功率爲100kVA/100kW的UPS設備,您如果保持相位平衡在5%以内則足以應付。UPS具有0.9的PF值時(shí),需要更高的額定kVA值;125kVA將(jiāng)提供給您112.5kW的容量,這(zhè)也會(huì)爲您提供一些額外的空間。

如果您預見到近期用電會(huì)有大幅增長(cháng),考慮購置一台模塊化的UPS設備。有兩(liǎng)種(zhǒng)類型可選:一種(zhǒng)是整體容量會(huì)高于您的需求,但隻安裝所需的物理UPS和電池模塊,另一種(zhǒng)是系統的總容量較高,但采用固件配置的方式來限制其輸出功率不會(huì)高于所需要的數值。無論哪種(zhǒng)方式,隻買對(duì)的不選貴的,當需要額外的容量時(shí)再進(jìn)行購買。節省的不僅僅是資本成(chéng)本。當UPS加載到更高的容量時(shí),它的運行效率也會(huì)更高,因此也節省了電力運營成(chéng)本。當然,有了2N的冗餘UPS,實際上您會(huì)以一半的總負載運行每台UPS,這(zhè)使得它的容量更爲至關重要。其運行效率很低時(shí)可低于40%.

最後(hòu)考慮的是發(fā)電機負載。不同的UPS設計對(duì)發(fā)電機呈現出不同的電氣特性。您的電氣工程師或設施電工需要同時(shí)檢查UPS和發(fā)電機兩(liǎng)者的特性,以确保在緊急情況下UPS負載突然切換到發(fā)電機時(shí),發(fā)電機不會(huì)停止運轉。