光電業(yè)UPS供電解決方案

一．概述

    隨著光電業(yè)近幾年的蓬勃發(fā)展，各產(chǎn)品線越來越齊全，涵蓋了1.5至46吋TFT-LCD面板，應(yīng)用領(lǐng)域包含桌上型顯示器、筆記型計算機、液晶電視、車用顯示器、工業(yè)用計算機、數(shù)字相機、數(shù)字攝錄機、手持DVD、掌上游戲機、手機等全系列應(yīng)用。各光電生產(chǎn)商在推出新產(chǎn)品的同時,對質(zhì)量越來越重視,同時對生產(chǎn)線的設(shè)備也提出更高的要求，從早期UPS主要供電給生產(chǎn)線的控制及核心網(wǎng)絡(luò)機房電源到現(xiàn)在要求提供全線生產(chǎn)線都不間斷，包括傳動部分，確保停電4小時內(nèi)生產(chǎn)線生產(chǎn)不受影響。

二．需求分析

   1．UPS要能為生產(chǎn)線的傳動、控制部分提供優(yōu)質(zhì)電源，確保生產(chǎn)線停電4小時內(nèi)生產(chǎn)不受影響。
   2．生產(chǎn)線傳動部分電機的功率為55KW。控制部分的總功率為25KW。
   3．系統(tǒng)可靠性要求MTBF>250000h(不含電池)

三．方案設(shè)計

   根據(jù)用戶需求，了解用戶的負載容量情況如下：

分別對UPS及電池設(shè)計選型計算如下：

1． UPS 電源容量選型公式

    因此次所帶的負載為電機型負載，采用常規(guī)配置，須考慮電機啟動電流6~9倍，UPS配置的容量也須相應(yīng)增加6倍，這樣配置很不經(jīng)濟，而我們此次通過在電機前面增加變頻器來降低啟動電流，在UPS容量選擇時只需增加1.3系數(shù)即可。

UPS容量＝現(xiàn)有設(shè)備容量÷UPS輸出功率因數(shù)÷UPS帶載比例*電機啟動系數(shù)(加變頻器)
現(xiàn)有設(shè)備容量為80000w
UPS輸出功率因數(shù)為0.8
UPS帶載比例為70％（考慮最佳使用率及提升抗沖擊能力）
電機啟動系數(shù)1.3倍.
UPS容量＝80000w÷0.8÷70％*1.3
        ＝185714VA
   根據(jù)計算，此次采用可靠度及抗沖擊能力極高的臺達NT系列200KVA。

2.電池配置計算

    為了讓電池的配置更加合理，計算電池按照生產(chǎn)線的實際功率計算。

    要求使用中達電通DCF126系列電池，后備時間為240分鐘。UPS的逆變器終止電壓為300V，逆變器效率為0.95，輸出負載的功率因數(shù)為0.8，選擇電池容量、串連只數(shù)、并聯(lián)組數(shù)如下：

UPS所需的直流功率為：
Pdc =實際功率/逆變器效率
    =80KW /0.95=84.21 KW
每組電池的串連只數(shù)為：
No = 逆變器終止電壓/電池終止電壓
   = 300V/1.7V=176.4節(jié)≈174單體（cell）
每組電池數(shù)= No/電池單體數(shù)
          =174/6=29塊
按照NT系列UPS要求，每組電池數(shù)應(yīng)為：29塊

    根據(jù)電池放電功率表，選擇DCF126-12/200（12V-200AH）電池，每個電池放電功率為80W（1.8V/cell, 240分鐘時），則需要的電池組數(shù)為：

G = Pda/（單體功率 x 單體數(shù)No）=84.21KW/(80W x 29ｘ6)=6.05組 ≈6組。

需要的電池配置為：DCF126-12/200電池29只×6組。

電池恒功率放電數(shù)

3.方案電氣原理圖

主要由UPS、變頻器、接觸器等組成完整經(jīng)濟可靠的系統(tǒng)。

4．配置清單

四．NT系列產(chǎn)品介紹

4．1性能及技術(shù)特點

·  雙變換純在線式設(shè)計
·  可8臺UPS并機冗余，無須外加并聯(lián)控制卡
·  使用大型中文及多國語言圖形化LCD顯示
·  寬廣的輸入電壓范圍
·  逆變器采用全橋架構(gòu)技術(shù)，可100%三相不平衡供電且負載適應(yīng)性最強
·  磁性組件采用H級絕緣防護等級設(shè)計，安全性高
·  充電系統(tǒng)采DIN41773國際標準
·  設(shè)計有電池溫度補償，延長電池使用壽命
·  具有電池防漏液偵測功能
·  電池組共享(Common Battery)
·  可遠程遙控或面板控制警急事故關(guān)機功能(EPO)
·  高整機效率
·  標配有手動維護旁路開關(guān)功能(MBS)
·  輸入端可作雙回路供電設(shè)計
·  具有輸出隔離變壓器
·  輸出過載能力強
·  采用多組微處理器控制與模塊化設(shè)計，維護簡易
·  內(nèi)建SRAM，可以儲存多于500筆信息數(shù)據(jù)
·  可搭配電力監(jiān)控軟件，對UPS作網(wǎng)絡(luò)及遠程監(jiān)控
·  提供超過4種以上的通信接口可供選擇
·  智能變速風扇，低噪音，節(jié)省電費及提高風扇使用壽命
·  短路保護設(shè)計與超強防雷擊保護
· 可作8臺(N+1)并機擴容冗余,提供經(jīng)濟可靠的高效率供電保護

4．2 性能及技術(shù)特點說明

4．2．1 采用先進智能的微處理控制器CPU控制設(shè)計

數(shù)字化設(shè)計:

· 藉由高速的微處理器運算為基礎(chǔ)的數(shù)字化設(shè)計，簡化復(fù)雜的模擬線路及零件數(shù)目，提高了整個系統(tǒng)的集成率及可靠度。

· UPS系統(tǒng)的控制參數(shù)，直接經(jīng)由高速的微處理器取樣計算，可得到精確的讀值并對系統(tǒng)實時控制調(diào)整，提供精細的SPWM逆變脈沖，驅(qū)動逆變器的IGBT模塊，使UPS輸出純凈可靠的正弦波。

· 經(jīng)由高速的微處理器取樣計算出精確的數(shù)字化讀值，可經(jīng)由LCD顯示出各種重要的電氣參數(shù)(包含負載百分比，各相的輸入/輸出電壓、電流頻率，電池電壓、電流，告警指示..等)，更方便讓管理者清楚的對機器的運行進行正確實時的管理。

· 完善的自檢功能，使UPS的運行更可靠安全。

· 管理者也可以經(jīng)由UPS的控制面板依實際需要設(shè)定相應(yīng)的管理參數(shù)(如輸入/輸出電壓、頻率范圍，充電電壓、電流，密碼設(shè)定..等)。

· 多段式冷卻風扇速度控制，改善系統(tǒng)可靠度、效率、噪音及提高風扇使用壽命。

可8臺UPS并機冗余， 無須外加并聯(lián)控制卡:

· 以高速的微處理器為基礎(chǔ)的數(shù)字化設(shè)計，各臺UPS能夠精確快速的返饋逆變補償電流與電壓的參數(shù)，同時經(jīng)由通訊線對負載的功率取樣返饋逆變補償電流的參數(shù)，使各UPS之間的電壓保持穩(wěn)定一致，環(huán)流也可以大幅度的降低，可同時并接8臺同型UPS運行。

內(nèi)建SRAM， 可以儲存多于500筆信息數(shù)據(jù):

· 內(nèi)建SRA，M可以儲存多于500筆信息數(shù)據(jù)，可提供系統(tǒng)異常前后的狀態(tài)及數(shù)據(jù)，對計算機輔助診斷及問題得到正確的判斷，提高了維修的時效。

智能型充電并有電池溫度補償設(shè)計,延長電池使用壽命:

· 提供自動浮充及均充兩種充電模式和定電流及定電壓兩階段充電，可使電池容量維持在滿容量狀態(tài)，延長電池使用壽命。

· 對于環(huán)境溫度的變異，充電電壓也進行相對應(yīng)的調(diào)整(參照電池技術(shù)規(guī)格，以20℃為基準每上升1℃，充電電壓調(diào)降0.5V每下降1℃，充電電壓調(diào)升0.5V)，以延長電池壽命。

智能型放電器設(shè)計:

· 可依負載的實際情況及電池的電流量大小，來調(diào)整電池的過低保護電壓準位，以確保電池工作在最佳的狀態(tài)及延長電池使用壽命。

4．2．2 先進的運行控制架構(gòu)設(shè)計

 采用IGBT高頻正弦脈寬調(diào)變技術(shù):

· 采用IGBT高頻正弦脈寬調(diào)變切換技術(shù)，降低系統(tǒng)噪音及電力損失。

雙備份電源設(shè)計:

· UPS 的所有控制模塊(包括整流器/逆變器/靜態(tài)旁路開關(guān)/保護用電子開關(guān)/CPU控制線路等)的工作電源,均為雙備份冗余,提供系統(tǒng)200%的運行安全保障。

可做雙機熱備機（Hot Standby Redundancy）連接配置設(shè)計:

· 以提高系統(tǒng)可靠度及UPS故障清除能力。

可作8臺(N+1)并機擴容冗余, 提供經(jīng)濟可靠的高效率供電保護:

· 控制采隨機控制架構(gòu)，無需固定主機/副機的區(qū)分；避免因單點故障時所造成的當機風險，不但可以擴大供電容量且提高系統(tǒng)的可靠度與UPS故障清除能力。

· 所謂N+1并機擴容冗余；以并接8臺同型UPS系統(tǒng)供電為例，UPS系統(tǒng)可以供應(yīng)7倍單臺的負載容量，當8臺UPS其中有一臺異常脫離系統(tǒng)時，剩余 7臺UPS仍然可以滿足負載的正常供電。

逆變器采用全橋架構(gòu), 可接100%三相不平衡供電且負載適應(yīng)性最強:

· 輸出的三相逆變器采分離控制，完全獨立返饋控制，使三相負載在完全100%不平衡下，仍然可以滿足各相負載的正常供電(穩(wěn)壓精度小于1%)。

·  全橋設(shè)計的逆變器架構(gòu)，可以降低IGBT的耐壓要求，使UPS對不同性質(zhì)負載的適應(yīng)性最強。

模塊化設(shè)計:

·  降低平均修護時間（MTTR），維修效益最高。

整流器有軟啟動設(shè)計:

·   當UPS的輸入轉(zhuǎn)由發(fā)電機連接供電使用時，可使發(fā)電機供電得到平滑過度連接，可避免發(fā)電機受到瞬間負載的沖擊或過載故障，可使發(fā)電機保持正常運行，延長使用壽命。

使用者親和接口及智能型數(shù)字化電源管理:

· 多國語言圖形化大型LCD顯示使UPS易于操作，更拉近了與用戶間的距離。

·  LED系統(tǒng)指示圖及UPS狀態(tài)指示，直接地提供UPS運轉(zhuǎn)模式的狀況。

· 可管理的通信接口端口，有干接點/RS232/RS485/SNMP/ETHER NET通訊端口，使UPS監(jiān)控管理變得更簡便，功能強大，可提供UPS狀態(tài)監(jiān)視及網(wǎng)絡(luò)管理能力。

4．2．3 適應(yīng)中國國情的設(shè)計

寬廣的輸入電壓范圍:

· 在滿載的情況下，輸入電壓的范圍非常寬（-20% ~ +20%），在供電環(huán)境惡劣的大部分地區(qū),大多數(shù)的UPS要靠電池放電才能保持輸出電壓穩(wěn)定的情況下，臺達UPS還能夠按正常的市電工作方式運行，降低電池放電的次數(shù)及損耗,延長電池使用壽命。

雙變換在線式:

· 保護用戶的精密設(shè)備供電質(zhì)量,市電與電池供電為”零”時間斷電轉(zhuǎn)換，負載端可以完全濾除輸入市電的雜波，提供用戶負載純凈的正弦波，可延長設(shè)備使用壽命。

短路保護設(shè)計與超強防雷擊保護:

·  使設(shè)備不受外部惡劣環(huán)境的沖擊并保護用戶負載設(shè)備獲得安全的運行。

完全中文化顯示接口: 提供用戶簡易方便的操作管理及維護指示

·  全中文LCD顯示畫面:

a.   系統(tǒng)主畫面：顯示UPS運行狀態(tài)圖及狀態(tài)、異常告警、異常處理信息提示畫面。

b.   量測畫面：顯示UPS各種電氣指針參數(shù)測量，包括：輸入/輸出電壓、電流、頻率，電池電壓、電流、狀態(tài)、容量及輸出負載百分比、功率因素，溫度狀態(tài)…等數(shù)據(jù)。

c.   參數(shù)設(shè)定畫面：可對UPS的一些基本保護參數(shù)依需求設(shè)定，包括：逆變器輸出電壓準位、輸入電壓、頻率范圍及電池的容量、充放電電壓、電流范圍、狀態(tài)測試時間、安裝、更新告警日期和系統(tǒng)時間、密碼、語言、LCD明暗對比調(diào)整之設(shè)定…等。

d.   系統(tǒng)控制畫面：可強制控制逆變器、旁路輸出狀態(tài)、警報器靜音調(diào)整、測試電池狀態(tài)、控制充電形式…等。    

e.   事件記錄畫面：可記錄顯示UPS歷史狀態(tài)發(fā)生情形及時間,查看目前UPS使用的狀態(tài)，透過事件記錄可作為UPS故障時分析問題的依據(jù)。事件記錄可達500筆數(shù)據(jù)。

f.   其它信息畫面：顯示電池狀態(tài)測試結(jié)果及日期、電池安裝日期、電池放電次數(shù)、旁路狀態(tài)次數(shù)、UPS運轉(zhuǎn)時間、UPS運轉(zhuǎn)狀態(tài)代碼、現(xiàn)在時間、UPS基本容量編號、軟件使用版本和干接點輸出設(shè)定狀態(tài)…等。

·  全中文化遠程監(jiān)控管理軟件:

   可透過不同的通信埠(RS232/RS485/SNMP/DRY CONTACT/ETHER NET等)直接連接計算機或透過網(wǎng)絡(luò)進行遠程監(jiān)控，使用者可直接在計算機上對UPS進行監(jiān)視及控制，并集中控制管理源。

4．2．4 獨特可靠的并機技術(shù)

    臺達 UPS采用高速的微處理器運算為基礎(chǔ)的數(shù)字化設(shè)計，獨特的熱補償運算控制，直接并機技術(shù)，在UPS單機之間無需外加并機卡或并機柜，采用環(huán)路通訊電纜連接來傳遞實時信號，實現(xiàn)并機的“均流”控制。對于并機系統(tǒng)中的各臺UPS，均都處于完全“平等”的調(diào)控狀態(tài)之中。并采用獨特的同步相位調(diào)制法。每臺UPS能“智能”地將位于并機系統(tǒng)中的各臺UPS的同步跟蹤調(diào)到最佳狀態(tài)（各臺之間的相位差幾乎為零）和實時動態(tài)地調(diào)節(jié)所帶的負載百分比，實現(xiàn)高精度的負載均分。在并機系統(tǒng)使用中，有其中一臺UPS發(fā)生故障時，該故障的UPS會迅速、可靠地從并機系統(tǒng)中脫機，從而確保并機系統(tǒng)繼續(xù)提供用戶高質(zhì)量的逆變電源。臺達 UPS可8臺并機，實現(xiàn)N+1的應(yīng)用，滿足用戶的安全需求也可達到經(jīng)濟擴容的需要。

五，總結(jié)

本文詳細描述了用戶的需求、方案設(shè)計說明、方案原理圖、如何配置及臺達UPS的產(chǎn)品介紹等內(nèi)容，充分展示了臺達UPS在光電行業(yè)的成熟應(yīng)用實例.

整體方案的特點如下：

1.解決了UPS與電機的搭配問題,貼近用戶需求.
2.電池數(shù)量按照實際功率計算.有效了利用電池資源,不浪費計算.
3.采用可靠性MTBF>250000h的UPS,提高了整體方案的可靠度.
4.此次選用的可并機UPS,可隨時根據(jù)實際情況,方便經(jīng)濟擴容.