先進的工作模式 ? 雙變換在線式設計，使UPS的輸出為頻率跟蹤、鎖相穩(wěn)壓、濾除雜訊、不受電網波動干擾的純凈正弦波電源，為負載提供更全面保護。 ? 輸出零轉換時間，滿足精密設備對電源的高標準要求。 ? 采用輸入功率因數(shù)校正（PFC）技術，輸入功因高達0.99，提高電能利用率，極大消除UPS對市電電網的諧波污染，降低UPS運行成本。 ■ DSP全數(shù)字化控制 ? 采用數(shù)字化控制，各項性能指標優(yōu)異，避免模擬器件失效帶來的風險，使控制系統(tǒng)更加穩(wěn)定可靠。 ■ 經濟運行模式（ECO）功能 ? 當輸入市電在固定范圍內時，直接由輸入市電向負載提供能量，逆變處于等待狀態(tài)；當輸入市電異常時，立即轉為逆變供電。ECO運行模式可高效節(jié)能，降低用戶使用成本。
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■ 電池組功能設計 ?通過創(chuàng)新性的電池組功能設計，無論是標準機型還是長延時機型，在滿足同樣后備時間條件下，均比傳統(tǒng)設計方案更節(jié)約電池用量。電池充電電流可以設置，極大的方便了不同容量的電池配置。 ■ 環(huán)境適應性強 ? 寬廣的電壓范圍，避免電網電壓變化大時頻繁地切換，適應于電力環(huán)境惡劣的地區(qū)。 ? 寬輸入頻率范圍，保證接入各種燃油發(fā)電機均可穩(wěn)定工作，滿足用戶對油機使用的要求。 ■ 可靠的保護功能 ? 具有開機自診斷功能，及時發(fā)現(xiàn)UPS的隱性故障，防患于未然。 ? 具有輸入過欠壓保護，輸出過流、過載、短路保護，PFC及逆變器過熱保護，電池過充及欠壓預警保護等多種保護，保證系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和可靠性。 ? 具有自動旁路功能，當輸出過載或故障時，可無間斷地轉到旁路工作狀態(tài)由市電繼續(xù)向負載供電。 ? 具有直流啟動功能，可在無市電的狀態(tài)下直接啟動UPS，滿足用戶的應急需求。 ■ 豐富選件，智能管理 ? 中文LCD液晶界面可顯示負載量、電池容量、輸入輸出參數(shù)及故障代碼，方便用戶運維管理。 ? RS232本地監(jiān)控。UPS標配RS232接口，通過附送的監(jiān)控軟件，可以方便地進行本地監(jiān)控。 ? 光耦干結點。通過DB9干接點接口可以將UPS的主要的異常信息通過干接點引出，干接點信號通過光耦隔離，用戶可以方便地利用這些信號控制一些強、弱電設備。 ? SNMP卡/集中監(jiān)控卡（選配件）。通過選配SNMP卡可以將UPS接入以太網實現(xiàn)遠程監(jiān)控。集中監(jiān)控卡可實現(xiàn)多機同時監(jiān)控，記錄各機發(fā)生的事件及告警。SNMP卡/集中監(jiān)控卡為金手指板卡結構，用戶可以分期，需要時再購買。 ? 并機接口模塊（選配件）。通過選配并機接口模塊可以實現(xiàn)多臺機器并聯(lián)供電。?8?5 告警繼電器卡（選配件）。多達6路的大容量繼電器隔離告警信息輸出，方便用戶接入動力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)。 ■ 可拆卸的維修旁路模塊 ?10KVA UPS故障需維修時可在線取出維修旁路模塊，同時輸出負載維持不斷電。顯著提升了系統(tǒng)的可用性。
1.2.4 蓄電池最低環(huán)境溫度 t
式(1)中的( t -25)是蓄電池環(huán)境溫度偏離基準溫度(25℃)的差值,與放電溫度系數(shù)α結合,調整蓄電池計算容量。需要說明的是,計算蓄電池容量時蓄電池環(huán)境溫度 t 只考慮低于25℃的情況,而且是指最低溫度,以便將蓄電池計算容量調高一些。一般有采暖設備時按15℃考慮,無采暖設備時按5℃考慮。環(huán)境溫度高于25℃時,不考慮將蓄電池計算容量調低,故按 t =25℃,即 t -25=0處理,由此產生的蓄電池容量的增大作為系統(tǒng)設計裕量的一部分。
1.2.5 放電容量系數(shù) η 的概念
蓄電池在不同的放電率放電時,所能放出的容量是不同的。根據(jù)YD/T799-2010,閥控鉛酸蓄電池10h率放電容量為 C 10 ,3h率放電容量 C 3 為
0.75 C 10 ,1h率放電容量 C 1 為0.55 C10 。故閥控鉛酸蓄電池10h率放電時的 η 為1,3h率和1h率放電時分別為0.75和0.55。即放電率較大時(放電小時數(shù)<10),能放出的能量較小。在計算蓄電池容量時,應考慮將蓄電池容量適當取得大一些。放電率較小時(放電小時數(shù)>10),能放出的能量較大,在計算蓄電池容量時,為了留有裕量,仍按10h率考慮。鉛酸蓄電池在各種放電率時的放電容量系數(shù)( η ),如表1所示。
1.2.6 蓄電池安時(Ah)容量 Q
Q 是計算得出的蓄電池安時(Ah)容量。因為經放電容量系數(shù) η 調整,無論實際放電小時數(shù)多大,計算出的蓄電池容量均為10h率容量( C 10 )。故選擇蓄電池時應按10h率容量考慮。
1.2.7 放電時間 T (h)或放電小時數(shù) T
蓄電池放電時間 T 應以小時(h)為單位,一般根據(jù)通信局站及其市電的類別、備用發(fā)電機組配置等情況,按照設計規(guī)范確定。
1.3 安時(Ah)法計算實例
假設某UPS的輸出視在功率 S 為200kVA,負載功率因數(shù)cosφ=0.8,效率 μ =0.92,逆變器工作電壓范圍為320～451V,蓄電池的最低工作溫度為15℃。蓄電池均充電壓為2.35V/只,浮充電壓為2.25V/只。要求蓄電池放電20min(0.33h),不考慮蓄電池與UPS設備之間的電纜壓降,計算和選擇蓄電池。
1.3.1 蓄電池的安時(Ah)容量的計算
(1)單體電池只數(shù)n
按式(6)計算單體電池只數(shù)n
(2)單體電池放電終止電壓 U 單終
按式(7)計算單體電池放電終止電壓 U 單終 (假設忽略電纜壓降):
(3)蓄電池放電平均電壓 U 平均
按式(3)計算(假設浮充電壓為2.25V/只)
(也可以按式(4)或式(5)計算)
(4)蓄電池平均放電電流 I 平均 (將恒功率轉換為恒流)
按式(8)計算 I 平均 (假設忽略電纜壓降)
(5)計算蓄電池安時容量 Q
按式(1)計算蓄電池安時容量 Q :
(式中, K =1.25, I =462.14, T =0.33, η =0.48,α =0.01, t =15)
1.3.2 蓄電池的選擇
UPS蓄電池宜選擇UPS專用VRLA蓄電池,目前這種蓄電池容量一般在200Ah以下,此案例的安時容量較大,故需要多組并聯(lián)(一般不超過4組)。以下是的兩個選擇實例。
①查雙登集團有限公司的6-GFM-200/12V
閥控密封鉛酸蓄電池數(shù)據(jù)表可知,6-GFM-150的容量為150Ah( C 10 ),根據(jù)蓄電池計算安時容量為441.28Ah,因為441.28/150=2.94,故可以取3組并聯(lián),每組32只6-GFM-150電池(共包含192只單體電池)。
因150×3=450>441.28,所以有一定裕量。
②查山東圣陽電源有限公司產品參數(shù)可知,SP12-200/12V閥控鉛酸蓄電池10h率容量為186Ah。根據(jù)蓄電池計算安時容量為441.28Ah,因為441.28/186=2.37，故可以選這個蓄電池，3組并聯(lián)，每組32只SP12-200(共包括192只單體電池)。因186×3=558(Ah)>441.28Ah，所以有較大的裕量。
2 恒功率法
2.1 概述
如前所述,UPS蓄電池的負載逆變器和通信設備等都是恒功率負載,蓄電池放電時,蓄電池的輸出電壓逐漸下降,而蓄電池的輸出電流逐漸增大。直到電壓下降到終止電壓時,電流達到最大值。但在整個放電過程中蓄電池的輸出功率是恒定的?？紤]到恒功率負載的這種情況,蓄電池廠家經過試驗,提供了蓄電池恒功率放電數(shù)據(jù)表,給出每個單體電池放電到規(guī)定的終止電壓,在規(guī)定的放電時間內所能放出的恒定功率。利用蓄電池恒功率放電數(shù)據(jù)表可以非常方便地選擇蓄電池容量,而且比較準確。
采用恒功率放電數(shù)據(jù)表選擇蓄電池容量時,首先要合理、準確地計算確定每個單體電池的負載功率、放電時間和放電終止電壓等數(shù)據(jù)。
2.2 確定蓄電池容量的設計考慮
2.2.1 電壓窗和單體電池只數(shù)的選擇
蓄電池的電壓窗是指蓄電池工作電壓范圍。蓄電池工作電壓范圍與UPS逆變器的輸入電壓范圍和蓄電池的只數(shù)有關。UPS逆變器的最高直流輸入電壓是整流器給蓄電池均衡充電的最高電壓。逆變器最低直流輸入電壓是蓄電池可以放電到的終止電壓(并減去電纜壓降),UPS逆變器應在此電壓范圍內正常工作。在UPS逆變器輸入電壓范圍已確定的情況下,應選擇適當?shù)男铍姵刂粩?shù),使每只蓄電池可以在廠家規(guī)定的最高充電電壓下充電,而放電終止電壓在滿足逆變器允許最低輸入電壓要求的前提下應盡量選低,但又不低于廠家規(guī)定的最低終止電壓值,以便使蓄電池能得到有效的利用。蓄電池只數(shù)等于逆變器系統(tǒng)最高輸入電壓除以單體電池的均充電壓。需要說明的是,計算時可以不考慮電纜壓降,因為逆變器最高電壓出現(xiàn)在蓄電池均充時,充電末期電流和壓降很小。
蓄電池組最低電壓(放電終止電壓)等于逆變器系統(tǒng)允許的最低輸入電壓加上額定條件下的電纜上的壓降。單體電池最低電壓(單體放電終止電壓)等于蓄電池組最低電壓除以蓄電池只數(shù)。
因此,根據(jù)UPS逆變器的直流輸入電壓范圍和規(guī)定的單體電池的均充電壓和放電終止電壓,可以確定單體電池只數(shù)。一般可以用逆變器系統(tǒng)最高輸入電壓除以均充電壓的商數(shù),選擇單體電池只數(shù)。具體計算公式參見后述2.3.1節(jié)。
2.2.2 溫度校正系數(shù) K 溫度
電池的工作溫度會影響蓄電池的壽命和性能(容量)。在25℃時蓄電池具有額定容量,溫度下降時容量會減少,溫度升高時容量會增加。如果最低溫度低于25℃,則應選擇較大的蓄電池,以保證在最低溫度時仍具有需要的容量。如果最低溫度高于25℃,則采取保守做法,即按標準溫度25℃考慮,不選擇較小的蓄電池。由此產生的可用容量的增加作為設計裕量的一部分。所以,在選擇蓄電池容量時,應考慮蓄電池容量的溫度校正系數(shù) K 溫度 。表2是鉛酸蓄電池容量的溫度校正系數(shù)表,適用于電解液比重為1.125的VLA和VRLA蓄電池。表2的系數(shù)適用于放電率,不適用于放電時間。例如,某蓄電池在15℃時容量大約比25℃時的容量減少12%。如果該蓄電池在25℃時,可以按100kW放電15min。在15℃時,如仍按放電15min,則只能按89.35kW放電15min。所以,如果該蓄電池工作在15℃,容量溫度校正系數(shù) K 溫度 為1.12。即校正后在15℃時具有的容量相當于在25℃所具有的容量。又如蓄電池工作于20℃時,容量溫度校正系數(shù) K 溫度為1.056。溫度高于25℃的情況與此相反,蓄電池的實際容量大于25℃時的容量,故溫度校正系數(shù)K 溫度 小于1,例如蓄電池工作于30℃時,溫度校正系數(shù) K 溫度 為0.956。但是,如前所述,蓄電池的工作溫度高于25℃時,仍按25℃考慮,即容量溫度校正系數(shù) K 溫度 為1,不進行容量調整。
2.2.3 老化系數(shù) K 老化
UPS的蓄電池一般應按UPS帶滿負載選擇。并應保證在蓄電池的整個壽命期內都能支持UPS的滿負載。鉛酸蓄電池壽命終止的判據(jù)是其容量下降到額定容量的80%,在選擇蓄電池容量時,應考慮在蓄電池的計算容量上再增加25%。即考慮1.25的老化系數(shù)。這樣可以確保在蓄電池的整個壽命期內都能為滿負載供電。
2.3 蓄電池容量計算和選擇方法
根據(jù)上述設計考慮,按恒功率放電特性選擇蓄電池容量的步驟如下。
2.3.1 蓄電池容量計算
(1)蓄電池額定功率 P 蓄電池
蓄電池額定功率 P 蓄電池 (即逆變器輸入端的有功功率 P 逆變器 )為
(9)
式中, P 蓄電池 ——蓄電池額定功率(W);
P 逆變器 ——逆變器輸入有功功率(W);
S ——逆變器的輸出視在功率(VA);
cosφ——逆變器負載功率因數(shù);
μ ——逆變器效率。
(2)蓄電池校正功率 P 校正
經過老化和溫度校正后的蓄電池校正額定功率 P 校正 為
(10)
式中, K 老化 ——老化系數(shù);
K 溫度 ——溫度校正系數(shù)。
(3)蓄電池只數(shù)為
(11)
注:此式與安時法的計算公式相同。
(4)單體電池的功率 P 單體
單體電池的功率 P 單體 等于蓄電池的總功率 P 校正除以單體電池只數(shù)n,按下式計算
(5)蓄電池組的放電終止電壓和電纜壓降
在確定蓄電池的工作電壓范圍時,還要考慮蓄電池與UPS設備之間的電纜上的壓降。蓄電池組的放電終止電壓等于UPS系統(tǒng)的逆變器允許最低電壓加上電纜上的壓降。即蓄電池組的最低電壓=逆變器最低輸入電壓+電纜壓降 (13)
(6)單體電池的放電終止電壓 U 單終
(14)
注:此式與安時法的計算公式相同。
2.3.2 單體電池的選擇
廠家提供的恒功率放電數(shù)據(jù)表給出了每只單體電池在規(guī)定放電時間內放電到規(guī)定的終止電壓所能輸出的功率數(shù)據(jù)(W或kW)。在選擇單體電池時,應根據(jù)蓄電池組計算功率( P 校正 )和單體電池的只數(shù)n,求出需要的每只單體電池的功率 P 單體 。然后按照要求的放電終止電壓和放電時間,查閱蓄電池恒功率放電數(shù)據(jù)表,選擇能提供此功率或大于此功率的單體電池。如果表中恒功率數(shù)據(jù)小于需要的單體電池的功率,可以考慮兩組或多組并聯(lián),并聯(lián)組數(shù)一般不大于4組。
2.4 恒功率法計算實例
假設某UPS的容量為200kVA,cosφ=0.8,效率為0.92,蓄電池最低工作溫度為15℃。
UPS的直流工作條件:整流器均衡充電電壓451V,逆變器最低直流輸入電壓320V。蓄電池距UPS設備很近,不考慮蓄電池至UPS設備的電纜壓降。要求蓄電池放電20min(0.33h),試計算蓄電池的總容量、蓄電池只數(shù),并用恒功率放電數(shù)據(jù)查表法選擇蓄電池。
下面是按照恒功率放電特性計算和選擇蓄電池容量的步驟。
2.4.1 蓄電池容量的計算
(1)蓄電池校正功率 P 校正 的計算
考慮老化系數(shù)為1.25和15℃時的溫度校正系數(shù)為1.12,按式(10)計算校正后的蓄電池功率為
(2)電池只數(shù)和單體電池放電終止電壓
按式(11)計算電池只數(shù)n(設蓄電池均充電壓為2.35V/只)
按式(14)計算單體放電終止電壓(假設忽略電纜壓降)
(3)單體電池功率 P 單體 的計算
按式(12)計算單體電池的功率 P 單體 為
(4)單體電池的選擇
根 據(jù) 以 上 計 算 結 果 ( 單 體 電 池 的 功 率1256.79W、放電時間20min和放電終止電壓1.67V/只),按照廠家提供的蓄電池恒功率放電數(shù)據(jù)表,選擇電池(參見后述2.4.2節(jié))。
2.4.2 蓄電池的選擇
(1)國外蓄電池的選擇
國外蓄電池廠家一般均能提供蓄電池恒功
率放電數(shù)據(jù)。下面是C&D TECHNOLOGIES和EnerSys的UPS專用蓄電池的兩個例子。
①C&D TECHNOLOGIES的蓄電池
查UPS專用高放電率VRLA蓄電池UPS12-540MR的恒功率放數(shù)據(jù)表(見表3)可知:UPS12-
540MR VRLA蓄電池放電20min,終止電壓為1.67/只,單體電池的輸出功率為451W/只。
根據(jù)蓄電池容量計算結果,每只單體電池的功率要求為1268.12W,因為1268.12/451=2.81,故可選擇UPS12-540MR3組并聯(lián)。每組32只12V的UPS12-540MR(包含6×32=192只單體電池)。
因為蓄電池計算總功率為243478.26W,現(xiàn) 配 置 3 組 蓄 電 池 , 配 置 的 蓄 電 池 總 功 率 為451×3×192=259776(W)>243478.26W。因此具有一定的功率裕量。
②EnerSys公司的蓄電池
查EnerSys公司16V UPS專用前置端子VRLA蓄電池Datasafe HX恒功率放電數(shù)據(jù)表(見表4)可知,16HX800F-FR放電20min,終止電壓為1.67V/只,單體電池的輸出功率為674W/只。
根據(jù)蓄電池容量計算結果,每只單體電池的功率要求為1268.12W,因為1268.12/674=1.88,故可選擇這個蓄電池2組并聯(lián)。每組配置24只16HX800F-FR(包含8×24=192只單體電池)。
因為蓄電池計算總功率為243478.26W,現(xiàn)配置2組蓄電池,每組由24只16HX800F-FR組成(包含8×24=192只單體電池)。配置的蓄電池總功率為674×2×192=258816(W)>243478.26W。因此具有一定的功率裕量。
