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 先進的工作模式 ? 雙變換在線式設(shè)計，使UPS的輸出為頻率跟蹤、鎖相穩(wěn)壓、濾除雜訊、不受電網(wǎng)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(zhuǎn)換時間，滿足精密設(shè)備對電源的高標準要求。 ? 采用輸入功率因數(shù)校正（PFC）技術(shù)，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(wǎng)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(jīng)濟運行模式（ECO）功能 ? 當輸入市電在固定范圍內(nèi)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(zhuǎn)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(shè)計 ?通過創(chuàng)新性的電池組功能設(shè)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(shè)計方案更節(jié)約電池用量。電池充電電流可以設(shè)置，極大的方便了不同容量的電池配置。 ■ 環(huán)境適應(yīng)性強 ? 寬廣的電壓范圍，避免電網(wǎng)電壓變化大時頻繁地切換，適應(yīng)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(yù)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(zhuǎn)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(yīng)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(jié)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(shè)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(wǎng)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(jié)構(gòu)，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(jié)合,調(diào)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(diào)高一些。一般有采暖設(shè)備時按15℃考慮,無采暖設(shè)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(diào)低,故按 t =25℃,即 t -25=0處理,由此產(chǎn)生的蓄電池容量的增大作為系統(tǒng)設(shè)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(yīng)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(jīng)放電容量系數(shù) η 調(diào)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(yīng)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(yīng)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(shè)計規(guī)范確定。

1.3 安時(Ah)法計算實例

假設(shè)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(shè)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(shè)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(shè)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(zhuǎn)換為恒流)

按式(8)計算 I 平均 (假設(shè)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(chǎn)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(shè)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(jīng)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(nèi)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(shè)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(guān)。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(yīng)在此電壓范圍內(nèi)正常工作。在UPS逆變器輸入電壓范圍已確定的情況下,應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(chǎn)生的可用容量的增加作為設(shè)計裕量的一部分。所以,在選擇蓄電池容量時,應(yīng)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(diào)整。

2.2.3 老化系數(shù) K 老化

UPS的蓄電池一般應(yīng)按UPS帶滿負載選擇。并應(yīng)保證在蓄電池的整個壽命期內(nèi)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(yīng)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(nèi)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(shè)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(jīng)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(shè)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(nèi)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(yīng)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(shè)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(shè)備很近,不考慮蓄電池至UPS設(shè)備的電纜壓降。要求蓄電池放電20min(0.33h),試計算蓄電池的總?cè)萘�、蓄電池只�?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(shè)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(shè)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(jié) 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(jié)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(jié)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。