科華ups電源電池及充電設(shè)備的運(yùn)行與維護(hù)
北京金業(yè)順達(dá)科技有限公司
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應(yīng)用較為普遍的有鎘鎳廈門(mén)科華蓄電池和鉛酸科華電池兩種，充電設(shè)備采用可控硅整流裝置，但這兩種蓄電池存在維護(hù)工作量大，且復(fù)雜等現(xiàn)象，不利于集控站的安全運(yùn)行。而采用可控硅相控技術(shù)的充電設(shè)備，在紋波、體積、效率等方面不盡入意，監(jiān)控系統(tǒng)也不完善，采用主從備份行方式，集控站使用起來(lái)不方便，達(dá)不到電力系統(tǒng)新的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。另外，由于充電設(shè)備與KELONG蓄電池并聯(lián)運(yùn)行，紋波系數(shù)較大，會(huì)出現(xiàn)蓄電池脈動(dòng)充電放電現(xiàn)象，影響蓄電池使用壽命。
針對(duì)以上情況電業(yè)局相繼更換了一些變電所的直流設(shè)備，采用免維護(hù)鉛酸科華電源蓄電池代替鎘鎳蓄電池，充電設(shè)備也逐步采用高頻充電裝置。免維護(hù)鉛酸蓄電池具有體積小、重量輕、放電性能高、維護(hù)量小等特點(diǎn)，解決了集控站運(yùn)行維護(hù)的需要。
2高頻開(kāi)關(guān)電源特點(diǎn)
2.1高可靠性
采用開(kāi)關(guān)科華電源特有的模塊化設(shè)計(jì)，n+1熱備份，大大提高了可靠性。系統(tǒng)采用國(guó)際90年代的最新技術(shù)，所用igbt器件的耐壓水平，電流容量已完全能滿足現(xiàn)代電源要求；具有自主均流技術(shù)，模塊間輸出電流最大不平衡度小于±3%。體積小，重量輕，效率高，輸出的紋波極小，有利于延長(zhǎng)電池壽命。系統(tǒng)采用模塊疊加形式，維護(hù)方便。
2.2高智能化
現(xiàn)代電力電子技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)對(duì)廈門(mén)科華電源系統(tǒng)的遙測(cè)、遙控、遙信、遙調(diào)，滿足變電所綜合自動(dòng)化要求實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守。配合使用的監(jiān)控模塊采用大屏冪，液晶漢字顯示，聲光告警。具有方便易于操作的優(yōu)點(diǎn)，可通過(guò)監(jiān)控模塊進(jìn)行充電模塊參數(shù)設(shè)置，開(kāi)關(guān)機(jī)控制。蓄電池自動(dòng)治理及保護(hù)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)測(cè)蓄電池的端電壓，充放電電流，并控制廈門(mén)科華蓄電池的均充和浮充；可按不同型號(hào)及種類(lèi)的蓄電池設(shè)置不同的典型充電曲線進(jìn)行。
3免維護(hù)蓄電池及充電設(shè)備的事故分析
電業(yè)局的各種免維護(hù)科華ups蓄電池和充電設(shè)備，在實(shí)際運(yùn)行中，因?yàn)槊饩S護(hù)蓄電池不同于以往我們使用的鉛酸和鎘鎳科華ups電池，雖然具有日常維護(hù)量少，不用補(bǔ)液等優(yōu)點(diǎn)，但是這不等于日常不用進(jìn)行維護(hù)及運(yùn)行監(jiān)視。在實(shí)際運(yùn)行中我們?cè)诜矫嬗羞^(guò)深刻的教訓(xùn)。
另外，高頻整流電源系統(tǒng)，運(yùn)行也不同于以往的硅整流直流充電設(shè)備，其高度智能化，采用現(xiàn)代的高頻整流技術(shù)，結(jié)合微機(jī)技術(shù)，這就對(duì)我們檢修和運(yùn)行人員提出了更高的要求。不把握其特點(diǎn)和運(yùn)行要求勢(shì)必會(huì)造成不必要的損失。
4免維護(hù)蓄電池和高頻充電設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)
免維護(hù)鉛酸科華后備蓄電池為連續(xù)浮充電應(yīng)用設(shè)計(jì)的，也可用于循環(huán)充放電使用。充電方法必須采用限流—恒壓方法進(jìn)行。蓄電池在恒壓充電時(shí)電流逐漸減少，并最終趨于穩(wěn)定，假如降至0.01c10以下，并保持3—5小時(shí)基本不變時(shí)這表明電池已基本充飽，可以轉(zhuǎn)浮充運(yùn)行。充電機(jī)均可以根據(jù)根據(jù)事先設(shè)定好的運(yùn)行參數(shù)，自動(dòng)完成科華恒盛蓄電池的恒流充電、恒壓充電和浮充電過(guò)程。
充電設(shè)備的參數(shù)，根據(jù)所配蓄電池的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整正確，一定要保證浮充電壓、均充電壓在合格范圍內(nèi)，保證蓄電池正常浮充電運(yùn)行，不至于造成過(guò)充、過(guò)放電。參數(shù)設(shè)定好后，如無(wú)非凡需要，不要隨意更改。
蓄電池可以在-20c—+50℃內(nèi)使用。有效的工作溫度5—35℃，假如要獲得最佳的使用壽命應(yīng)在15—25℃環(huán)境下使用。
蓄電池在運(yùn)輸、儲(chǔ)存和安裝過(guò)程中若時(shí)間很長(zhǎng)會(huì)失去一定容量。假如不需校核容量，當(dāng)電池開(kāi)路端電壓≥2.13v時(shí)可以直接投入浮充運(yùn)行，但開(kāi)路端電壓2.13v時(shí)應(yīng)先進(jìn)行均衡充電，然后投入浮充運(yùn)行。
為保證電池有足夠的容量，每年要進(jìn)行一次容量恢復(fù)試驗(yàn)，讓科華電池內(nèi)的活化物質(zhì)活化，恢復(fù)電池的容量。其主要方法是將電池組脫離充電機(jī)，在電池組兩端加上可調(diào)負(fù)載，使科華電源電池組的放電電流為額定容量的0.1倍，每半小時(shí)記錄一次電池電壓，直到電池電壓下降到1.8v／只或10.8v／只后停止放電，并記錄時(shí)間。靜置2小時(shí)后，再用同樣大小的電流對(duì)蓄電池進(jìn)行恒流充電，使電池電壓上升到2.35v／只或14.1v／只，保護(hù)該電壓對(duì)電池進(jìn)行8小時(shí)的均衡充電后將恒壓充電電壓改為2.25v／只或13.5v／只，進(jìn)行浮充充電。上述方法，可以放出科華蓄電池容量的80%，由于考慮到安全運(yùn)行，也可以放出蓄電池容量的30~50%左右，這需要查科華電池的放電曲線來(lái)進(jìn)行
科華蓄電池在使用中注意事項(xiàng)：
·嚴(yán)禁科華電池過(guò)度放電，如小電流放電至自動(dòng)關(guān)機(jī)，人為調(diào)低蓄電池最低保護(hù)值等，均可能造成電池過(guò)度放電。
·對(duì)于頻繁停電，使蓄電池頻繁放電的地區(qū)，要采取措施，保證蓄電池在每次放電后有足夠的充電時(shí)間，防止蓄電池長(zhǎng)期充電不足。
·對(duì)于很少停電，科華ups蓄電池很少放電的UPS，則要每隔3個(gè)月左右人為地?cái)嗍须娨淮�，讓蓄電池放電一段時(shí)間，防止科華電源蓄電池“儲(chǔ)存老化”。
·要定期檢查蓄電池的端電壓和內(nèi)阻，及時(shí)發(fā)現(xiàn)“落后”科華電源電池，進(jìn)行個(gè)別處理。
科華UPS能在電力異常時(shí)有足夠的時(shí)間實(shí)施應(yīng)急措施。一般而言5-10分鐘的后備時(shí)間就足夠了。如果需要較長(zhǎng)的后備時(shí)間，可以購(gòu)買(mǎi)具有長(zhǎng)延時(shí)功能的科華UPS電源。
科華電源（UPS）的容量如何計(jì)算：
目前市場(chǎng)上銷(xiāo)售的廈門(mén)科華電源（UPS）多以VA作為容量單位。V是電壓，A是電流，V×A就等于功率，即不間斷電源的容量。例如，一臺(tái)425VA的不間斷電源，如果其輸出電壓為110V，則該廈門(mén)科華UPS能夠提從的最大電流為3.86A，超過(guò)此電流值就是超載（Overload）。另一種表示功率的方法是W，W表示實(shí)功，VA表示虛功。兩者之間的差別在于功率因數(shù)。
1. 云計(jì)算走向成熟
隨著大多數(shù)企業(yè)和組織開(kāi)始采用某種形式的SaaS模式，云計(jì)算在數(shù)據(jù)中心生態(tài)系統(tǒng)中的地位已經(jīng)確立�，F(xiàn)在，云計(jì)算正蓄勢(shì)待發(fā)，將隨著重要性的提升成為創(chuàng)新的引擎。前瞻性的企業(yè)或組織正融合基于云的服務(wù)，如分析、協(xié)作和通信，以更好地理解客戶的需求，更快地將新產(chǎn)品和服務(wù)推向市場(chǎng)。其結(jié)果是，越來(lái)越多的企業(yè)和組織將管理異構(gòu)的環(huán)境，在該環(huán)境中，專(zhuān)屬（on-premise）的IT資源正通過(guò)策略性地運(yùn)用云和主機(jī)托管服務(wù)以強(qiáng)化利用率、彈性和靈活性而獲得補(bǔ)充。而云服務(wù)提供商則必須展示其快速擴(kuò)展的能力，同時(shí)持續(xù)地滿足服務(wù)層協(xié)議的需求，以便在不斷競(jìng)爭(zhēng)的環(huán)境中獲得發(fā)展的卓越動(dòng)力。隨著采用能夠獲得更高可靠性，同時(shí)盡可能降低成本的技術(shù)和實(shí)踐，云服務(wù)提供商將驅(qū)動(dòng)行業(yè)的創(chuàng)新。
2. 集成的范圍不斷擴(kuò)大
集成系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)旨在幫助企業(yè)和組織更加高效地部署和擴(kuò)展應(yīng)用，同時(shí)降低風(fēng)險(xiǎn)和總體擁有成本。隨著在眾多市場(chǎng)中快速的變遷越來(lái)越由創(chuàng)新、數(shù)字化和移動(dòng)驅(qū)動(dòng)，集成和融合所帶來(lái)的速度的提升比以往更甚。其結(jié)果是，集成和融合已經(jīng)從IT棧擴(kuò)展到支持IT棧的系統(tǒng)。尤為重要的是，數(shù)據(jù)中心設(shè)施正采用集成和預(yù)制的模塊化方式設(shè)計(jì)和構(gòu)建。這種設(shè)施部署的新方法已經(jīng)使Facebook這樣的企業(yè)能夠開(kāi)發(fā)完全定制化、高性能的數(shù)據(jù)中心，所采用的時(shí)間還不及傳統(tǒng)方法的30%。該方法整合了快速部署、固有的可擴(kuò)展性以及卓越的性能等特性，正成為支持額外IT容量的具有吸引力的方式。
3. 融合更為突出
并非只有技術(shù)系統(tǒng)正經(jīng)歷融合。隨著同一種設(shè)備消費(fèi)語(yǔ)音和數(shù)據(jù)服務(wù)成為常態(tài)，電信和IT行業(yè)的聯(lián)系正變得越來(lái)越緊密。事實(shí)上，在“數(shù)據(jù)中心2025”調(diào)查中，超過(guò)一半的參與者預(yù)測(cè)，到2025年至少有60%的電信網(wǎng)絡(luò)設(shè)施將是數(shù)據(jù)中心；70%的參與者認(rèn)為，至少有一半的電信公司將采用托管設(shè)施作為其網(wǎng)絡(luò)設(shè)施的一部分。這一融合將推動(dòng)用于支持語(yǔ)音和數(shù)據(jù)服務(wù)、拆解傳統(tǒng)上存在于這兩種關(guān)鍵功能之間的筒倉(cāng)式結(jié)構(gòu)的技術(shù)，進(jìn)一步走向標(biāo)準(zhǔn)化。
4. 軟件為更多的軟件奠定了基礎(chǔ)
在過(guò)去的20年里，虛擬化是數(shù)據(jù)中心行業(yè)當(dāng)中最為重要的趨勢(shì)。隨著虛擬化技術(shù)從計(jì)算拓展到網(wǎng)絡(luò)和存儲(chǔ)，這一趨勢(shì)將繼續(xù)推動(dòng)可預(yù)測(cè)未來(lái)的變革。在虛擬化變革中，關(guān)鍵挑戰(zhàn)之一將是硬件的管理。大多數(shù)企業(yè)和組織缺乏協(xié)調(diào)管理虛擬系統(tǒng)和物理系統(tǒng)的可見(jiàn)性，為了為軟件界定的數(shù)據(jù)中心的發(fā)展奠定發(fā)展之基，這一缺失必須得以彌補(bǔ)。數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施管理（DCIM）應(yīng)運(yùn)而生，填補(bǔ)了這一缺失，而早期的DCIM采用者也正在享受其帶來(lái)的價(jià)值：根據(jù)Ponemon機(jī)構(gòu)所做的“2013年數(shù)據(jù)中心宕機(jī)調(diào)查”，采用DCIM的數(shù)據(jù)中心于沒(méi)有采用DCIM的數(shù)據(jù)中心相比，從宕機(jī)事件中恢復(fù)的速度要快85%。
5. 網(wǎng)絡(luò)邊緣更加強(qiáng)大
多年整合與集中之后，IT企業(yè)和組織正將關(guān)注的焦點(diǎn)轉(zhuǎn)向網(wǎng)絡(luò)邊緣以改進(jìn)與客戶和應(yīng)用的互動(dòng)。隨著企業(yè)和組織越來(lái)越多地采用分析、基于位置的服務(wù)以及個(gè)性化的內(nèi)容，網(wǎng)絡(luò)設(shè)施的邊緣將在獲取競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)方面占有關(guān)鍵地位。利用這一機(jī)會(huì)，將需要標(biāo)準(zhǔn)化、智能和高可用的，接近用戶部署的基礎(chǔ)設(shè)施。正如企業(yè)和組織在本世紀(jì)的第一個(gè)十年竭力跟上計(jì)算需求一樣，不處理與網(wǎng)絡(luò)邊緣有關(guān)的網(wǎng)絡(luò)問(wèn)題的企業(yè)，將會(huì)發(fā)現(xiàn)他們已無(wú)法跟上網(wǎng)絡(luò)流量的爆炸式增長(zhǎng)。
科華蓄電池容量的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法
建筑直流供電系統(tǒng)選型設(shè)計(jì)，關(guān)鍵在于科華電池容量的設(shè)計(jì)，它決定了從電網(wǎng)恒功率用電的移峰填谷目標(biāo)能否實(shí)現(xiàn)。根據(jù)電力供給與需求的平衡關(guān)系，可以得到科華電源蓄電池系統(tǒng)實(shí)時(shí)充電功率P bat：
（1）
其中P grid為從電網(wǎng)取電功率，P load為建筑的用電負(fù)荷功率，P gen為光伏板等建筑內(nèi)部電源的發(fā)電功率，P load與P gen二者之差為建筑物的凈用電負(fù)荷：P= Pload - P gen。P bat為正值時(shí)，表示需要向蓄電池蓄電；為負(fù)值時(shí)，表示需要蓄電池放電。
對(duì)式（1）進(jìn)行一天24 h的逐時(shí)積分，有：
（2）
即可得到直流供電系統(tǒng)在一天24 h內(nèi)各個(gè)時(shí)刻T的蓄電池荷電量的瞬時(shí)值，荷電量瞬時(shí)值相鄰波峰波谷差的最大值，即為當(dāng)日所需的蓄電池容量。
從式（1）、式（2）中可以看出：科華蓄電池的容量與電網(wǎng)取電功率P grid和建筑凈用電負(fù)荷P 有關(guān)，下面具體討論這兩個(gè)參數(shù)的確定方法。
1. 1 建筑用電負(fù)荷的計(jì)算
對(duì)于既有建筑的電力負(fù)荷，可以通過(guò)實(shí)地測(cè)量、日志記錄等方式直接獲得，對(duì)于新建建筑可以通過(guò)模擬計(jì)算得到。
本文采用DeST軟件進(jìn)行建筑建模，模擬計(jì)算空調(diào)負(fù)荷，并由軟件的逐時(shí)氣象數(shù)據(jù)計(jì)算光伏發(fā)電量。DeST是建筑環(huán)境及空調(diào)系統(tǒng)的模擬分析軟件平臺(tái)，用于建筑環(huán)境的模擬預(yù)測(cè)、性能評(píng)估、系統(tǒng)的性能優(yōu)化 。這種基于軟件模擬的方法與實(shí)測(cè)值可能存在一定的偏差，但對(duì)于新建建筑在設(shè)計(jì)階段的設(shè)備選型定容，是非常有效的手段。
1. 2 直流供電及科華電源蓄電池系統(tǒng)控制策略
建筑直流供電系統(tǒng)主要通過(guò)調(diào)節(jié)蓄電池充放電功率，滿足建筑的用電負(fù)荷，達(dá)到電網(wǎng)實(shí)際取電功率 P grid恒定或者滿足需求響應(yīng)的目的。建筑直流供電系統(tǒng)控制策略不同，取電功率控制目標(biāo)也不相同。主要的幾種控制策略包括：
a. 恒功率取電策略：通過(guò)控制電池充放電功率，建筑將以恒定功率或接近恒定功率的方式從電網(wǎng)取電。
b. 基于需求響應(yīng)的策略：需求響應(yīng)是指為了提高電力系統(tǒng)運(yùn)行效率、安全性和能源資源利用水平，通過(guò)各種激勵(lì)手段促使電力用戶改變用電行為，實(shí)現(xiàn)負(fù)荷的調(diào)節(jié)和轉(zhuǎn)移［8］�；谛枨箜憫�(yīng)的策略是指根據(jù)電網(wǎng)的需求響應(yīng)規(guī)定，確定不同的分時(shí)取電功率。
c. 基于實(shí)時(shí)電價(jià)的經(jīng)濟(jì)最優(yōu)化策略：市政電網(wǎng)會(huì)根據(jù)用電負(fù)荷狀態(tài)，制定分時(shí)電價(jià)。建筑直流供電系統(tǒng)可根據(jù)市政電網(wǎng)的價(jià)格信號(hào)，對(duì)電池充放電功率進(jìn)行動(dòng)態(tài)管理，調(diào)整從電網(wǎng)取電的功率，達(dá)到建筑供電系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)化。
不同的控制方法決定了不同的電網(wǎng)取電功率及蓄電池容量。較大的科華蓄電池容量意味著較大的移峰填谷能力，但也意味著較高的經(jīng)濟(jì)成本；而較小的科華蓄電池容量則會(huì)限制電網(wǎng)取電功率的調(diào)節(jié)范圍。
