广东创电科技有限公司        徐成岳       简伟民
　　
　　摘要文中介绍进一步提高一级负载和重要部门用电可靠性的UPS供电解决方案。方法是在UPS1向全部负载正常供电的基础上,建议再增加一套UPS2专门向重要负载和重点部门供电,以提高重要负载的用电可靠性。
　　
　　1 问题的提出
　　
　　UPS企业营销人员有时会收到客户提出对UPS的配置要求:正常情况下由不间断电源(UPS)向工程全部负载供电,但当UPS故障需要维修或与UPS配套的备用电池放电到终止电压后,仍希望部份负载有电力续供。
　　
　　2 解决方案
　　
　　图1所示的电气原理框图可以实现上述需求。为便于叙述,假设工程总的容量为30kVA,有功功率为24kW,重要负载的用电容量约为10kVA,有功功率8kW。
　　
　　本方案在向工程全部负载提供一套双变换式UPS1供电的基础上,建议再增加一套可满足重要负载和重要部门使用的UPS2。UPS2容量约为UPS1的1/3,三相进/单相出工作方式电路结构,按应急电源(EPS)工作方式设计和连接,只向一级负载和重要用电部门专供,以进一步提高一级负载和重要场所供电的可靠性。
　　
　　3 方案论述

　　
　　图1所示的电气原理框图是供电电源经过输入配电柜的双路切换装置(ATS)输出后,接入到旁路稳压器中进行稳压输出,稳压器的输出电源接入UPS1的旁路通道。
　　
　　供电电源经过输入配电柜及旁路稳压器后,给UPS1进行供电。UPS1为三相进/三相出、工频、双变换式、工业级UPS,可以向电气设备负载提供经过调整的不间断的稳定电力,当电网出现断电、电压不稳、电压干扰、突波、尖峰及市电杂讯等不良现象时,能保障负载正常工作。UPS1可以是单机工作,也可以采用冗余并机方式,就是由两台或多台UPS并机系统共同提供同电压、同频率、同相位的电源为负载供电。
　　
　　在正常工作时,UPS1的整流器将交流电整流成直流电,消除了电压不稳现象,然后由逆变器把直流电变换成稳定的交流电供给负载。当UPS1机内检测电路侦察到市电电压降至低于负载可接受的电压时,UPS1将从市电供电状态转换到电池后备供电状态,在此状态下,电池通过逆变器提供稳定的交流电供给负载。当市电电压回复到UPS1可接受的范围时,UPS1将再度调节电力并通过整流器、逆变器提供给负载,同时对电池组充电。在整个变换过程中,从正常市电转换到电池后备状态没有任何转换时间,工作完全不中断,属于在线式不间断电源。
　　
　　此外,当UPS1出现故障引起逆变器停止输出时,系统会自动转换至旁路状态,由市电经过自动旁路开关K3供电给负载,整个过程不断电。
　　
　　UPS1具有智能控制单元,主要负责控制管理UPS装置、电池组等,并对UPS装置进行集中监控、自动报警及监控信息上传等功能。
　　
　　具有电池直接启动UPS设备的功能。
　　
　　具有各种手动和自动切换功能,并可方便地通过按钮进行各种自动切换功能的试验。
　　
　　当两路输入电源均停电时,UPS1系统将蓄电池逆变成交流电向各个系统供电。从正常市电转换到电池后备状态没有任何转换时间。
　　
　　当UPS1发生逆变器故障,则自动切换到静态旁路。
　　
　　当发生UPS1整流器故障时,系统会自动从市电逆变状态转换到电池逆变状态。电池组1放电结束后,会自动切换到UPS1的静态旁路通道。
　　
　　UPS2是为进一步提高重要负载用电可靠性,而建议额外接入容量较UPS1小的UPS。
　　
　　UPS2为三进/单出结构,按应急电源EPS工作方式设计和编制工作方式控制软件。UPS1正常工作时,UPS2处于待机状态,系统由UPS1经输出母排(或输出配电列柜)向全部负载供电。其中A相经UPS2的旁路通道、K01(闭合)和静态开关向一级负载及部份办公重地供电,UPS1的输出电源中除了A相专向一级负载和重点场所提供单相供电外,同时将输出接入输出配电母排,向除一级负载以外的工程所等负载供电,提供三相380VAC/单相220VAC纯净电源。
　　
　　UPS1后备时间可根据需要配置电池。当UPS1发生故障或电池组1放电到终止电压时,UPS2自动开启,来自ATS切换箱的电源经应急切换电路,接入UPS2的整流、逆变回路。经应急回路的手动开关K03(或自动应急开关接触器)、整流、逆变器和静态开关向重要负载提供220VAC电源。因UPS2容量有限,此时工程承担的其它一般负载应停止用电,UPS2只向一级负载和重要办公区域专向供电,UPS2的后备时间也可设定为2h。
　　
　　一级负载是指中断供电将可能造成人身伤亡,或将损坏主要设备,且长期难以修复,或对生产造成质量波动,停止供电会对单位造成不可估量损失的负载和用电场所。
　　
　　UPS2的工作状态受电池电压、输入电源、UPS1的变化而控制。控制内容包括:UPS2中整流器、逆变器的开启;UPS2的静态开关旁路/逆变工作状态转换。
　　
　　UPS2实际上是一台应急电源,旁路状态是UPS2向一级负载供电的主供电通道。UPS2的运行,市电/逆变或电池/逆变只在应急状态下启动,是向负载辅助供电通道。
　　
　　4 UPS用蓄电池组电池容量的计算方法
　　
　　根据UPS输出要带负载的总功率和后备时间,决定UPS需要配置电池容量的大小。
　　
　　根据工程经验及参考电池厂商提供的电池特性曲线,可以采取以下公式计算每节电池的安时数,即电池容量:
　　
　　电池容量C=(W1/U)×h1×K1/η+(W2/U)×h2×K2/η+(W3/U)×h3×K3/η+(W4/U)×h4×K4/η+(W5/U)×h5×K5/η+……+(Wn/U)×hn×Kn/η
　　
　　其中:Wn为各专业用电额定功率,单位为W;
　　
　　U为UPS直流额定电压,单位为V;
　　
　　h为UPS各专业需要后备放电时间,单位为h(小时);
　　
　　η为电池化学及物理转换效率,一般取0.8。
　　
　　K为由放电时间T、电池的最低使用温度、允许的最低电压而决定的修正系数。
　　
　　放电时间T=0.5h,K=1.8
　　
　　放电时间T=1～3h,K=1.2
　　
　　放电时间T=3～5h,K=1.1
　　
　　放电时间T=5～10h,K=1.05
　　
　　放电时间T≥10h,K=1。
　　
　　如果已经获知选用电池的放电曲线,则不必按上述近似公式计算电池容量。可根据逆变器的容量大小,先计算出逆变器正常工作时所需的电池组放电电流。再根据规定时间和规定条件下放电曲线放电容量表(单位:A)查到的安培数,计算出所需电池组或每节电池的容量。
　　
　　5 结束语
　　
　　上述方案已有成功应用案例,适用于轨道交通信号电源设备、广电网络中心机房、公安部门的常住人口信息化管理平台和工矿领域配电机房等场所的供电。
　　
　　作者简介
　　
　　徐成岳,男,现任职广东创电科技有限公司EMC主管、高级工程师。有长期的产品开发、系统技术方案拟制及出口认证企业EMC(电磁兼容)的整改经验。
　　
　　简为民,男,电子工程师。1997年起一直在广东创电科技有限公司技术部门任职,在UPS产品开发和系统工程安装、调试中有丰富的解决问题的能力。

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