關于YD/T1095UPS標準中的“輸出功率因數”

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　 息產業部發布的“通信行業標準YD／T1095-2000通信用不間斷電源—UPS”已實施一年了。在這個標準中提出了“UPS輸出功率因數”的概念。這一提法在UPS業內引起了一些不同的看法和議論。
　　首先，看一下國內外UPS標準中有關這一問題的說法。
　　在“通信行業標準YD／T1095-2000通信用不間斷電源—UPS”標準（以下簡稱“行業標準”）中，表1第17項提出“輸出功率因數”項目，技術要求≤0.8。第5部分試驗方法中第5.16項中提出了輸出功率因數的試驗方法及測試電路。
　　在“GB／14715-93信息技術設備用不間斷電源通用技術條件”標準中，沒有UPS“輸出功率因數”這個名詞，而在術語中的3·4項里，用了“負載功率因數”一詞，并在表1中規定負載功率因數為0.8，但沒有給出檢測方法。
　　在“GB7260-87不間斷電源設備”標準中，名詞定義1.33項也是用負載功率因數一詞，在第3部分技術條件3.4.6中，對負載功率因數規定為0.7～0.9（滯后），額定值為0.9。
　　在歐洲標準“EN50091-1-1：1996”的術語定義1.3.1.10中，也是用負載功率因數，在8.1額定功率標注要求中，要求標明額定視在功率和有功功率。
　　在歐洲標準“DDENV50091-3：1999”關于UPS的性能要求和測試方法標準中，術語定義里沒有輸出功率因數這個詞。在3.2.1.3輸出額定值及特性中，有容許的負載功率因數范圍一項。在試驗方法中6.3的數據單里有額定輸出視在功率，額定輸出有功功率——線性負載，額定輸出有功功率——非線性負載和容許負載功率因數——線性負載等幾個參數。
　　從上述幾個標準的不同說法中，可以看出對“輸出功率因數”的提法值得進一步探討。
　　UPS和變壓器、發電機等同樣是能量傳遞設備，都需要有一些參數標明設備的性能。
　　變壓器只需要標明輸入輸出電壓、相數、容量就夠了。它適用于各種負載，不管負載功率因數的大小，只要電流（容量）不超過規定值就不會過載發熱。發電機便有所不同，它是將其他能量轉換為電能量再傳遞給負載。它標注的參數除了電壓、相數外，還要標注視在功率（kVA）和有功功率（kW）數，一般功率因數為0.8，這是因為發電機的原動機是按發電機的有功功率配置的，若負載電流未超過額定值，發電機的發熱是允許的。但若負載電流達到額定值，功率因數又超過0.8，則總有功功率便會大于額定值，原動機就過載了。
　　UPS與這兩種設備又有所不同，根本原因是逆變器輸出都必須經過一個濾波電路，這個電路是由變壓器和并聯的電容組成的，或是由電感和并聯的電容組成的。它除了濾掉高次諧波外，對于基波來講也是一個電感和并聯的電容組成的固定的內部電路。
逆變器的功率器件除了供負載電流外，還必需給這個固定的濾波電路提供電流。功率器件的電流是由這兩個電流的矢量和組成的。因此在設計功率器件的額定值時，就必須規定輸出負載電流的數值和相位關系，也就是額定容量及負載功率因數。所以“負載功率因數”是UPS額定輸出容量的一個必須條件，也就是說在負載功率因數為某一數值時，規定UPS輸出容量的額定值才有意義。
　　基于以上的認識，對輸出功率因數的概念提出三點看法：
　　首先，UPS是采用負載功率因數的稱謂，還是用輸出功率因數這個概念？
　　諸多標準中都是采用負載功率因數，而只有“行業標準”才使用輸出功率因數一詞，而且又無定義術語的解釋，因此概念是不清的。這個參數不是UPS本身所固有的一個參數，而是負載的參數，所以要用它，是為了考查負載與UPS的適應情況。
　　在一篇對“行業標準”進行闡述的文章中，也講到“UPS輸出功率因數的大小是由負載性質決定的”。所以我認為使用負載功率因數這個術語是明確的，準確的；既符合事物的客觀規律，又避免造成混亂。
　　其次，是關于這個參數是否要作為UPS一個獨立參數進行考核的問題？
　　前面講過這個參數不是一個獨立的參數，是在確定UPS輸出額定容量時的一個條件參數。本來UPS額定輸出功率是它的一個重要的基本參數，考核一臺UPS就必須考核這個參數，檢查在其規定的條件下能否達到額定的輸出功率。但在“行業標準”中卻沒有提及UPS額定輸出功率的問題，在交付、例行試驗項目中也不檢測額定功率能否達到，實為不妥。
　　在“行業標準”的第5部分測試方法的5.16里，列出了輸出功率因數的測試方法和電路。要求“調節非線性負載的輸入功率因數在小范圍變化，由電力多功能分析儀測得非線性負載的輸入功率因數應符合表1所規定”。這里又提出了“負載輸入功率因數”這個新名詞，要到表1中去找，那里有呢？表1中所列的“輸入功率因數”是UPS本機的，并非是負載的，在“行業標準”中又沒說UPS輸出功率因數和負載輸入功率因數是一個東西，這是不是有矛盾呢。
　　再次，是關于輸出功率因數數值的大小應是多少才合適？在“行業標準”的電氣性能表1中，規定輸出功率因數≤0.8。這讓人理解為這個數值越小越好。
　　還是在上文提及的那篇闡述輸出功率因數這個概念的文章里，文章的作者是從兩個方面來說明輸出功率因數大小的。
一個是“功率因數大功耗大”，文章以一臺30kVA UPS的數據為例，現摘錄部分數據如下（見表1）：
表1　引文數據表

當無輸入變壓器時
當有輸入變壓器時

負功 %
效率 %
功耗（kW）

PF=0.8
功耗（kW）

PF=1
效率 %
功耗（kW）

PF=0.8
功耗（kW）

PF=1

100
92
2.09
2.61
89.6
2.79
3.84

　　該文說：“在100％負載時，其功耗在PF＝1比PF＝0.8時增加了近25％”。數據放在這里，給人們一個功率因數大了不好的印象，因為功率因數大了會引起損耗增大。但是用這個數據孤立地作比較，這個結論不能說明問題。如果孤立地談損耗，那就是PF＝1時UPS比PF＝0.8時多輸出了25％的有功功率，而且UPS本身的效率仍為最高值。UPS不就是要向負載輸出功率嗎？輸出功率大，損耗大一些，仍保持高效率又有什么不好呢。
　　另一個是UPS“輸出功率因數越低，則帶非線性負載的能力就越強”。該文也用了一個實例來說明這個論點�，F摘錄部分數據整理如下：
一臺100kVA UPS PF＝0.8（P＝80kW，Q＝60kVAR）和另一臺100kVA UPS PF＝0.7（P＝70kW，Q＝71．4kVAR）相比分別帶奔騰133PC＋15″顯示器負載（功耗為170VA，PF＝0.7，P＝115W，Q＝121.4VAR）。因為二種UPS的無功功率Q相差11．4kVAR，用這種單臺負載Q＝121.4VAR去除11.4kVAR得94。所以PF＝0.7的100kVA UPS比PF＝0.8同容量UPS多帶90多臺這種負載。所以得出了“輸出功率因數越低，則帶非線性負載的能力就越強”的結論。
　　這個結論和論據同樣是不正確的，其原因有以下兩個方面。
　　一方面是基于對“UPS輸出功率因數”這個參數認識的原因，前面講過一臺UPS在負載功率因數為xx值（0.8或0.7）時，額定功率為xxkVA。上例負載功率因數為0.8時額定功率為100kVA。這樣一臺UPS當負載功率因數為0.7時就不是原來的100kVA了。用UPS PF＝0.8標定的額定值與實際PF＝0.7的負載進行核算是不應該的。不同條件下的數值怎能放在一起算呢。
　　另一方面，在上例的具體計算中，不知作者為什么僅用UPS和負載的無功功率進行核算，是否認為這種負載只消耗無功功率呢？若按這樣方法計算，假如用一臺PF＝0.6的100kVA的UPS帶同樣的負載是不是能帶更多了呢？錯了！因為有功功率更小了，只能帶更少的負載，讀者有興趣算一下便知道了。
　　在“行業標準”中采用UPS輸出功率因數≤0.8是不合適的，按一般理解這就是說0.7比0.8好，0.6更好……，這是不對的。作為一個標準，措詞應該很準確，很嚴謹。不能造成誤導，也不能再加一些注釋之類的說明。
　　從以上分析可見，對輸出功率因數這一提法，應有一個正確的認識。為此，筆者提出以下幾個觀點：
　�。�1）不采用“UPS輸出功率因數”這個術語，而采用“負載功率因數”。既準確反映UPS的本質又能避免一些誤解。
　　（2）不作為一個獨立的指標來考核UPS，在UPS的考核中應增加“額定輸出功率”一項�？己祟~定輸出功率（kVA），額定輸出有功功率（kW）（線性負載和非線性負載），在線性負載下負載功率因數范圍。這樣可能比較科學一些。
（3）不限定UPS“負載功率因數”的數值。當前國內外各廠家生產的UPS，一般小型的均為0.7，大型的多為0.8。廠家采用這種設計是適應市場實際負載的需要的�！�