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。
图5 各类UPS带载能力图
为了适应计算机负载的发展趋势，为新一代数据中心设计的UPS的负载功率因数普遍提升到了0.9，甚至高达1。如艾默生公司推出的Hipulse U和NXr系列负载功率因数是0.9，APM系列负载功率因数是1。除艾默生公司之外，一些国际UPS厂商也纷纷推出负载功率因数为0.9的新一代产品。考虑到大多数机房功率因数超前的实际情况，新一代UPS充分考虑了超前负载特性，更改和优化了设计，在滞后0.9至超前0.9范围内UPS均可以带满载运行。其带载能力如图5中第一条和第二条曲线所示。同样以100kVA负载PF=0.9为例(见表2):
可以看出,在带新型计算机负载时,负载功率因数为0.9的UPS比负载功率因数为0.8的UPS多带42%的负载。因此,在为数据中心选取UPS时,应当优选负载功率因数为0.9或1的新一代UPS。