第一章 用戶需求

    1.1 用戶需求分析

    本次UPS供電系統建設主要是為工廠內的產線生產設備供電，因產線幾秒鐘的斷電也會讓用戶蒙受很大的損失，因此需要提供高可靠的供電電源方案。

    1、通過與工廠相關部門溝通，我們了解到：

    A、產線設備主要為數控機床，單臺機床設備為380V供電，額定電流為3A；

    B、工廠分為三個廠房，共有上述機床設備1000臺左右，每個廠房的機床數量按330臺左右配置；

    C、工廠配有發電機組。UPS后備延時時間按10分鐘配置。

    D、有一定的冗余度，以保證高可靠的用電保障。

    2、根據以上信息，計算得：

    A、單臺數控機床功率為： 380*3*1.732=1974.48KVA。

    B、故廠房數控機床總功率為：1974.48*1000=1974.48KVA。

    C、所有負載差不多平均分為3個廠房，故每個廠房負載量為：1974.48/3=658.16KW。

    3、UPS配置方案設計原則——適合、夠用，避免浪費和不必要的成本提升

    A、根據實際經驗，在正常生產中產線設備的實際功率約為標稱值的60%左右。即以上負載實際使用時負載量約為1974.48*80%≈1600KVA。故每個廠房負載約為530KVA。我們會以此負載量來配置UPS，做到為客戶配置合適、夠用的UPS，盡量避免UPS容量配置過大，造成浪費和成本的提升。

    B、UPS的容量選擇主要是由負載的大小,負載的特性以及預留容量的大小來確定的。通常考慮的因數是：

    首先,UPS的容量必須大于所帶負載的總容量;

    其次,不同特性的負載對UPS的容量要求也不同.如負載接近電阻特性,輸入功率因子大于UPS的輸出功率因子(一般為0.7-0.8)，則按 UPS的輸出功率因子來計算;如負載的輸入功率因子小于UPS的輸出功率因子,則按負載的輸入功率因子來計算。

    第三,為保證UPS長期穩定地運行,負載容量一般不超過UPS容量的80%, 并且新裝UPS一般還要留出一定的負載擴容余量。

    第四，為了提高可靠度，可采用N+1并聯冗余的方式，為負載高可靠的電力供應。即N臺設備為負載提供電力供應，1臺設備保證冗余度，當系統中有任意一臺設備故障時，負載的電力供應還可得到保障。

    第二章　UPS電源供電方案

    2.1 UPS供電方式設計原則

    1）采用冗余供電的方式，為負載提供高可靠的電力供應。

    2）在保證可靠的前提下，避免UPS容量設計過大，造成不必要的浪費成本提升。

    3）電池采用多臺UPS共用的方式，以減低電池成本，提高電池利用率。

    2.2 UPS供電方案：

    2.2.1 UPS的選擇：

    1、基于前面分析和技術，可知每個廠房的實際負載功率約為530KVA 左右，我們建議UPS供電方總容量不小于530KVA。

    2、基于客戶負載為數控機床，為機械馬達類感性負載，對UPS的性能要求較高。故我們建議客戶選擇臺達NT 系列UPS，此UPS單機功率為20KVA 至500KVA ，是專門設計用在大型工礦企業的高可靠工業級UPS。由于其逆變器采用全橋設計架構，具有輸出隔離變壓器，負載適應性最強，能適應各種負載特性的負載，且過載能力突出，可經受負載運行高峰的沖擊，且可帶100%不平衡負載，設備技術成熟，性能穩定可靠。最適合為企業的大型生產線提供穩定、可靠的運行保障。

    2.2.2 UPS供電方案

    每個廠房采用4臺臺達NT 200KVA UPS組成3+1并聯冗余供電系統。即系統總容量為800KVA，可保證一臺UPS做冗余備份，即當供電系統中有任意一臺UPS故障時，UPS系統的輸出容量任可達到600KVA ，滿足負載的用電需求，負載的供電任可得到保障，從而大大提高供電可靠度。UPS供電系統圖如下：

    電池采用多臺UPS共享配置的方式，可大大提高電池的利用率，同時，還可降低電池配置成本。

    2.2.3 電池配置方案

    2.2.3.1 多機共用電池組

    所謂共享電池組就是指兩臺或多臺UPS同時利用一組或多組電池的解決方案。市電正常時各臺UPS同時為蓄電池組充電，市電異常或者終斷時，各UPS又同時利用電池組的能量逆變成交流電供給負載使用。

    多機并聯共用電池組供電架構說明：

    因此共享電池組具有以下優點：

    (1)節省購買電池的資金投資

    (2)節省安裝空間

    (3)擴容方便

    (4)延長電池壽命和提高電池利用率

    2.2.3.2 電池配置及容量計算

    經過前面的分析，我們知道實際量約為530KVA，一般廠房的數控機床設備類設備的功率因數約為0.7～0.8。為使電池延時做夠，我們取負載的功率因數為0.8，則 根據恒功率電池容量計算法：

    電池容量計算方法：

    恆功率后備時間對應電池容量計算方式：

    P（W） -- 電池提供總功率 A -- UPS標稱容量（VA） N -- 電池CELL 數

    C -- 電池組數 D -- UPS實際帶載量（UPS實際帶載量一般不超過滿載80%）

    Pf -- UPS功率因數 η -- 逆變轉換效率 Pc -- 電池放電曲線表中查的放電功率

    Pnc -- 電池每CELL需要提供的功率 B -- UPS主機配置1組12V電池的節數

    P（W）= { A * Pf } 或D / η

    Pnc=P（W）/(B*N)

    然后根據計算出電池的每個CELL需提供的功率，再查找電池恒功率放電曲線表對應時間的最匹配的功率值。則此功率對應的容量的電池就是我們要選用的電池。若計算出的功率大于最大容量電池相應時間的放電功率，則就表明需要并聯電池組。

    并聯電池組數（取整）= Pnc / Pc

    因此，計算如下：

    P（W）= { A * Pf*D } / η=530KVA*0.8/0.95≈446.3KW

    Pnc=P（W）/(B*N)=446.3KW/(29*6)≈2565W

    查表，可知，中達電池200AH/12電池10分鐘對應的功率為592.9W（放電到1.75V時）

    則：并聯的電池組數=2656/592.9=4.3組，故電池組數取整數為4，即200AH/12V電池29*4=116只。

    說明：以上計算中功率因數PF為0.8，UPS的逆變效率η為0.95，每組電池的顆數B為29只，每只電池的CELL 數N為6。

    2.2.3.3 電池組監控：

    電池為UPS供電系統的重要部分，故我們特為本次電池組提供單體電池監控系統。本系統能實現UPS中備用電池組的在線偵測，測量數據包括單體電池電壓，單體電池溫度，單體電池內阻，電池組電流，電池組端電壓以及環境溫度等，通過網絡方式實現遠距離數據傳輸，在主控單元上進行數據搜集，處理和存儲，并能通過通訊與上位機相連，實現數據傳輸。

    使用本系統可以對電池進行遠程檢測，從而方便地隨時對系統故障和電池使用狀態進行分析，
從圖中可以看出系統包括： 1 個電池組偵測模塊 （SCMM），負責測量每組電池組的充放電電流和電池組的端電壓；最多240 個電池偵測模塊 （CMM），負責測量電池的電壓，溫度和配合計算內阻的相關信息；1 個數據處理模塊 （DPM ），處理來自CMM 和 SCMM 的無線數據。

    2.2.4 UPS監控方案

    臺達UPS所設計的此次方案，采用了電力管理大師管理者的監控軟件，監控軟件來將三個廠房的所有UPS作集中監控。以下對此集中監控作進一步介紹。

    臺達UPS UPSentry Manager遠程集中監控管理軟件:可以對所有的UPS系統經由廣域網或專線網絡進行集中監管﹐以監視各UPS的運行情況并作記錄﹐當各UPS有事件告警時﹐manager軟件會自動亮燈告警﹐并跳出圖屏﹐顯示該告警UPS的問題﹐平時也可以點閱各聯網UPS，以階層式管理方式完成集中管理,同時可以實現遠程控制，當機房內出現火災等情況時，可以實現對UPS的遠程關機。如圖：

    2.2.4.1 網絡管理達成效果﹕

    集中管理的好處不僅是減少人力資源的浪費﹐并能在電力事件發生的瞬間便可以獲得準確的信息﹐同時縮短反應的時間。一旦電力事件發生時可以馬上獲得最快最正確的信息﹐并可以主動聯系第一線的人員﹐指導其正確地處理程序﹐以減少損失。

    (1) 安全可靠的高品質供電。

    (2) 分散供電﹐集中管理﹐人力資源的高效化。

    (3) 同時對全區多于500個的UPS集中監管。

    (4) 對UPS無人職守的監管﹐可達到實進告警﹐實時處理。

    2.2.4.2 完整電源事件預防及應急管理：

    電力管理大師對24個不同的電源事件或UPS狀態（如：斷電、復電、電池低電壓、過載、跳旁路、故障、預約開關機等）均可提前制定應急計劃和控制。可安全與自動存檔關機，自動化事件記錄，自動語音廣播，自動尋呼及發送電子郵件，告警，自動觸發運行可執行文件，插座控制等多種反應行動可供選擇。

    2.2.4.3 電源狀態記錄、分析：

    根據使用者喜好提供2-12個電表顯示實時值。可記錄電力中斷、復電、旁路等各項事件資訊。可記錄并圖示電壓、頻率、故障情況，并可在Excel下作資料分析。

    2.3 UPS供電系統的配電方案

    2.3.1 每個廠房UPS供電系統的輸入端配電

    1）UPS輸入配電柜，開關采用施奈德NSX系列塑殼開關，同時配置數字表頭和指示燈。連接線徑在圖紙上亦有標注。具體如下圖：

    2.3.2 每個廠房UPS供電系統的輸出端配電

    開關采用施奈德NSX系列塑殼開關，同時配置數字表頭和指示燈。連接線徑在圖紙上亦有標識。
輸出配電分路暫時先按8路250A開關來配置。這個也可根據具體的要求后，更改數量和容量。

    配電圖如下：

    2.4 系統配置清單

    1）臺達UPS與艾默生UPS同為世界級一線品牌。其中臺達NT UPS和艾默生UPS在可靠度等級要求最高的通信運營商領域有廣泛的應用。另外，在富士康、廣汽豐臺發動機等世界級的工廠里，臺達NT UPS也有廣泛的應用，可見后面的應用圖例。易事特為國內UPS廠商，小功率UPS應用較多。但在大功率UPS方面，較少廠家采用。

    2）臺達UPS和艾默生UPS皆通過了眾多的世界級嚴苛認證，比如可出口歐盟的CE/CB、國內工信部的TLC認證等。另外還通過了抗震認證。

    3）臺達NT UPS為適應國內工作環境，輸入工作電壓范圍為±30%，為業界最寬，可適應惡劣的電力條件。而艾默生和易事特為±15%和±25%。

    4）臺達NT UPS與艾默生UPS效率皆可達92%以上，而易事特UPS效率僅為≥80%，這將耗費大量的電能，帶來運營成本的提升。（注：易事特UPS用戶手冊上的標注效率為≥80%，而彩頁上標注的效率為95%，顯然用戶手冊上標注的效率值是可信的。應為，在業界，工頻架構的UPS，還沒有一個廠家在線效率能達到95%。）

    5）臺達NT UPS具有電池漏液偵測功能和電池組共享功能，此為臺達UPS專利技術，特及早發現鉛酸蓄電池漏液問題，還能大大提升電池組利用率，降低用戶成本。

    6）過載能力。臺達與艾默生UPS過載能力皆為125%負載時10分鐘，而易事特UPS過載能力為125% 1分鐘。前者過載能力是后者的10倍。<