科华UPS容量计算公式的探讨

　科华UPS就是为保护计算机设备而进行设计的,所以UPS的各项参数及工作特性是以计算机的工作特性做为参考进行设计,随着计算机的发展,UPS同样也随着进行不断的升级,比如,大家常见的计算机功率因数,由最初的0.7、0.8升级到现在0.9、0.96。UPS输出功率因数也从0.7升级到1了,升级后由于UPS的功率因数和计算机负载功率因数相接近,所以在计算UPS容量时,就很方便了。但随着科华UPS应用场景的拓展,UPS在非IT类设备的应用越来越多,其特性也和计算机设备大不相同,所以配比非IT类设备时UPS就需要依据负载的性能特点进行UPS容量计算。目前大多数的非IT类配比方案都是以最大配比值进行设计,这样设计出来的UPS系统不经济不合理,还有依据个人经验进行配比,造成UPS系统满足不了实际需求的案例,所以结合本人的工作经验以及参考相关资料,试拟出一个可以应用在不同应用场景的UPS容量计算的方法,方便大家在进行UPS容量设计时进行参考。

　　一、科华UPS容量计算相关标准分析

　　查找相关资料，科华UPS的容量计算有以下几种方法:

　　1.IT类负载计算方法

　　1）图集(15D202-3)在线式科华UPS容量选择

　　UPS电源装置的容量选择应满足负载总容量时,还应该考虑可靠性系数及功率因数。

　　S>K×ΣP÷COSφ

　　其中,S:UPS的容量(kVA),ΣP:科华UPS所带的全部负荷之和(kW),COSφ:负载的输入功率因数。K:UPS的带载率,一般为60%～80%时为最佳工作状态。因此K一般取1.2～1.6左右。

　　2）数据中心设计规范(GB50174-2017)要求UPS基本容量选择应留有余量,基本容量计算公式如下:

　　E≥1.2p

　　其中,E:科华UPS的基本容量(kW/kVA),P:电子信息设备的计算负荷(kW/kVA)。

　　以上两个公式都是以IT类负载为准的计算方法,其中图集中的K(1.2～1.6)是为了让UPS工作在最佳的状态,同时也考虑可靠性。GB50174中的1.2是为了:使UPS不超负荷,保证供电的可靠性;为了以后少量增加电子信息设备时,UPS的容量仍然可以满足使用要求。个人认为GB50174的系数取值更合理,也更经济。图集当中考虑了负载功率因数而GB50174没有考虑,不过目前数据中心的IT类设备的输入功率因数普遍已在0.9以上,最高已提升到0.96左右,接近于1,且目前大多数UPS品牌的UPS输出功率因数也提升到1了,两者相互匹配,所以在数据中心行业负载的功率因数可以忽略计算,既使按图集的功率因数去考虑,其结果也相差不大,不影响UPS的选型。

　　2.非IT类负载计算方法

　　1）电力工程交流不间断电源系统设计技术规程(DL/T5491-2014)科华UPS容量选择。

　　根据计算负荷可按本标准公式计算UPS容量,根据容量选择大于或等于该计算容量的UPS作为选择容量。

　　(Se应用负载类型一致或负载功率因数接近时应用)。

　　其中,S:UPS的计算容量(kVA),Se:计算负荷(kVA),KK:可靠性系数,取1.25。Kt:功率校正系数,Kd:海拔降容系数。Si:负载铭牌容量(KkVA),K:换算系数。换算系数主要考虑了负载电源装置的余量系数和同时系数,对于DCS等计算机负载,根据调查,DCS控制器电源选择时一般留有40%余量,且DCS厂家提供的负荷容量是将所有DCS系统电源装置铭牌容量累加,没有考虑电源的余量系数,也未考虑一些设备(如I/O装置)的同时率。综合考虑上述因数,DCS、DEH、ETS等计算机控制系统的换算系数取0.5,如DCS负荷统计时已考虑电源装置余量和同时率,则不适用此系数,其容量换算系数需根据具体情况进行调整。

　　这个计算公式和需要系数的计算方式很类似,并且依据行业特点进行了优化,所以我以此公式为基础,并考虑到行业内从业者的接受程度,将UPS容量计算公式进行优化,如下公式所示,只需要依据各行业中负载设备的工作特点和电气特性,对计算公式中的各系数进行合理取值,就可以计算出经济合理UPS系统。

　　科华UPS容量计算公式

　　IT类负载--UPS容量计算公式参数说明:

　　S:科华UPS的计算容量(kVA);

　　KK:可靠性系数,取1.25,GB50174-2017此值为1.2,所以优于国标;

　　Kt:功率校正系数,目前在数据中心行业功率因数范围基本上都在-0.7～+0.9范围内,山特UPS的负载功率因数一般都在-0.7～+0.9时不降额,常规取1,如果负载功因低于0.7时要考虑UPS降额;

　　Kd:平原地区不降容,如需要降容,依据UPS降容表,如:山特城堡C系列UPS降容表)。

　　K1:余量系数,取值为0.7～0.9,大多数的IT设备电源设计都有余量考虑,IT设备数量越多,造成UPS的计算容量越大,例如,按常规计算下来,大多数的UPS实际带载量不会超过60%,所以当IT负载数量越多,取值越小,由于没有实验数据,个人给一个参考值:当IT负载数量在20台以下时取0.9,在20～100K台时取0.8,在100台以上时取0.7。

　　K2:同时系数,取值为0.7～1,数据中心的同时系数原则是取1的,因为IT负载几乎都是同时工作的,但也有不同时工作的工况,所以因应用需求进行调整。

　　ΣP÷COSφ:ΣP是指所有负载铭牌功率总和,即把所有的IT负载铭牌进行累加。COSφ是指的综合功率因数,目前大多数IT负载功率因数都比较高,但也有一些比较低的,由于没有实验数据,个人给一个参考值:0.9～0.95,当服务器类设备较多时,可以取0.93～0.95,当交换机类或其它类设备较多时,可以取0.9～0.92。其实这个差别并不大,几乎不影响UPS的选型,也可以忽略不计。

　　注意:IT类负载还应该考虑后期扩容系数,但在实际应用中不太好给出标准,所以此系数不体现,如需要可以体现在负载功率或者余量系数里。

　　二、IT类负载--科华UPS容量计算举例:

　　某客户新建设一个小型数据中心,预计需要15台服务器,及其它配套类设备,服务器功率预计每台为800W,其它配套类设备预计共为3000W,请帮客户计算一下所需的UPS容量为多大合适?

　　依据山特城堡3C系列的参数为依据,其计算过程如下:

　　选型结果:选择1台山特3C20KUPS。优化后选择1台山特3C15KUPS。

　　分析:假设按GB50174计算:E=1.2×(0.8*15+3)≈k,其结果是一样的,假设余量系数和同时系数优化后,按最小值0.7考虑,UPS容量只需约14KkVA就可以了,这时UPS在选型上就不一样了,UPS功率段只有15kVA和20kVA个两,所以不同参数带来的是不同的选型结果。在小功率段时,UPS的选型成本相差不多,如果到大功率时就会相差较多了,客户对于这个选型成本也许不在意,我们探讨的是UPS容量设计经济合理性的方法。

　　为什么余量系数可以按最小值考虑呢?

　　电力工程交流不间断电源系统设计技术规程已指出负载的电源设计均有40%的余量。

　　在钟景华《新一代数据中心的规划与设计》一书中指出服务器最大功率消耗是铭牌额定值的80%。且CPU的利用率是铭牌额定值的67%,实际上还小,在实际工作中,服务器不可能同时达到最大功率,

　　所以余量系数(0.8)+同时系数(0.9)按0.7考虑是没有问题的。是不是所有工况都可以这么考虑呢?在常规工况下是没有问题的,但客户要求的可靠性不同及负载工况类型不同等,还是需要依据现场情况进行系数的调整。