光电业UPS供电解决方案

一．概述

    随着光电业近几年的蓬勃发展，各产品线越来越齐全，涵盖了1.5至46吋TFT-LCD面板，应用领域包含桌上型显示器、笔记型计算机、液晶电视、车用显示器、工业用计算机、数字相机、数字摄录机、手持DVD、掌上游戏机、手机等全系列应用。各光电生产商在推出新产品的同时,对质量越来越重视,同时对生产线的设备也提出更高的要求，从早期UPS主要供电给生产线的控制及核心网络机房电源到现在要求提供全线生产线都不间断，包括传动部分，确保停电4小时内生产线生产不受影响。

二．需求分析

   1．UPS要能为生产线的传动、控制部分提供优质电源，确保生产线停电4小时内生产不受影响。
   2．生产线传动部分电机的功率为55KW。控制部分的总功率为25KW。
   3．系统可靠性要求MTBF>250000h(不含电池)

三．方案设计

   根据用户需求，了解用户的负载容量情况如下：

分别对UPS及电池设计选型计算如下：

1． UPS 电源容量选型公式

    因此次所带的负载为电机型负载，采用常规配置，须考虑电机启动电流6~9倍，UPS配置的容量也须相应增加6倍，这样配置很不经济，而我们此次通过在电机前面增加变频器来降低启动电流，在UPS容量选择时只需增加1.3系数即可。

UPS容量＝现有设备容量÷UPS输出功率因数÷UPS带载比例*电机启动系数(加变频器)
现有设备容量为80000w
UPS输出功率因数为0.8
UPS带载比例为70％（考虑最佳使用率及提升抗冲击能力）
电机启动系数1.3倍.
UPS容量＝80000w÷0.8÷70％*1.3
        ＝185714VA
   根据计算，此次采用可靠度及抗冲击能力极高的台达NT系列200KVA。

2.电池配置计算

    为了让电池的配置更加合理，计算电池按照生产线的实际功率计算。

    要求使用中达电通DCF126系列电池，后备时间为240分钟。UPS的逆变器终止电压为300V，逆变器效率为0.95，输出负载的功率因数为0.8，选择电池容量、串连只数、并联组数如下：

UPS所需的直流功率为：
Pdc =实际功率/逆变器效率
    =80KW /0.95=84.21 KW
每组电池的串连只数为：
No = 逆变器终止电压/电池终止电压
   = 300V/1.7V=176.4节≈174单体（cell）
每组电池数= No/电池单体数
          =174/6=29块
按照NT系列UPS要求，每组电池数应为：29块

    根据电池放电功率表，选择DCF126-12/200（12V-200AH）电池，每个电池放电功率为80W（1.8V/cell, 240分钟时），则需要的电池组数为：

G = Pda/（单体功率 x 单体数No）=84.21KW/(80W x 29ｘ6)=6.05组 ≈6组。

需要的电池配置为：DCF126-12/200电池29只×6组。

电池恒功率放电数

3.方案电气原理图

主要由UPS、变频器、接触器等组成完整经济可靠的系统。

4．配置清单

四．NT系列产品介绍

4．1性能及技术特点

·  双变换纯在线式设计
·  可8台UPS并机冗余，无须外加并联控制卡
·  使用大型中文及多国语言图形化LCD显示
·  宽广的输入电压范围
·  逆变器采用全桥架构技术，可100%三相不平衡供电且负载适应性最强
·  磁性组件采用H级绝缘防护等级设计，安全性高
·  充电系统采DIN41773国际标准
·  设计有电池温度补偿，延长电池使用寿命
·  具有电池防漏液侦测功能
·  电池组共享(Common Battery)
·  可远程遥控或面板控制警急事故关机功能(EPO)
·  高整机效率
·  标配有手动维护旁路开关功能(MBS)
·  输入端可作双回路供电设计
·  具有输出隔离变压器
·  输出过载能力强
·  采用多组微处理器控制与模块化设计，维护简易
·  内建SRAM，可以储存多于500笔信息数据
·  可搭配电力监控软件，对UPS作网络及远程监控
·  提供超过4种以上的通信接口可供选择
·  智能变速风扇，低噪音，节省电费及提高风扇使用寿命
·  短路保护设计与超强防雷击保护
· 可作8台(N+1)并机扩容冗余,提供经济可靠的高效率供电保护

4．2 性能及技术特点说明

4．2．1 采用先进智能的微处理控制器CPU控制设计

数字化设计:

· 藉由高速的微处理器运算为基础的数字化设计，简化复杂的模拟线路及零件数目，提高了整个系统的集成率及可靠度。

· UPS系统的控制参数，直接经由高速的微处理器取样计算，可得到精确的读值并对系统实时控制调整，提供精细的SPWM逆变脉冲，驱动逆变器的IGBT模块，使UPS输出纯净可靠的正弦波。

· 经由高速的微处理器取样计算出精确的数字化读值，可经由LCD显示出各种重要的电气参数(包含负载百分比，各相的输入/输出电压、电流频率，电池电压、电流，告警指示..等)，更方便让管理者清楚的对机器的运行进行正确实时的管理。

· 完善的自检功能，使UPS的运行更可靠安全。

· 管理者也可以经由UPS的控制面板依实际需要设定相应的管理参数(如输入/输出电压、频率范围，充电电压、电流，密码设定..等)。

· 多段式冷却风扇速度控制，改善系统可靠度、效率、噪音及提高风扇使用寿命。

可8台UPS并机冗余， 无须外加并联控制卡:

· 以高速的微处理器为基础的数字化设计，各台UPS能够精确快速的返馈逆变补偿电流与电压的参数，同时经由通讯线对负载的功率取样返馈逆变补偿电流的参数，使各UPS之间的电压保持稳定一致，环流也可以大幅度的降低，可同时并接8台同型UPS运行。

内建SRAM， 可以储存多于500笔信息数据:

· 内建SRA，M可以储存多于500笔信息数据，可提供系统异常前后的状态及数据，对计算机辅助诊断及问题得到正确的判断，提高了维修的时效。

智能型充电并有电池温度补偿设计,延长电池使用寿命:

· 提供自动浮充及均充两种充电模式和定电流及定电压两阶段充电，可使电池容量维持在满容量状态，延长电池使用寿命。

· 对于环境温度的变异，充电电压也进行相对应的调整(参照电池技术规格，以20℃为基准每上升1℃，充电电压调降0.5V每下降1℃，充电电压调升0.5V)，以延长电池寿命。

智能型放电器设计:

· 可依负载的实际情况及电池的电流量大小，来调整电池的过低保护电压准位，以确保电池工作在最佳的状态及延长电池使用寿命。

4．2．2 先进的运行控制架构设计

 采用IGBT高频正弦脉宽调变技术:

· 采用IGBT高频正弦脉宽调变切换技术，降低系统噪音及电力损失。

双备份电源设计:

· UPS 的所有控制模块(包括整流器/逆变器/静态旁路开关/保护用电子开关/CPU控制线路等)的工作电源,均为双备份冗余,提供系统200%的运行安全保障。

可做双机热备机（Hot Standby Redundancy）连接配置设计:

· 以提高系统可靠度及UPS故障清除能力。

可作8台(N+1)并机扩容冗余, 提供经济可靠的高效率供电保护:

· 控制采随机控制架构，无需固定主机/副机的区分；避免因单点故障时所造成的当机风险，不但可以扩大供电容量且提高系统的可靠度与UPS故障清除能力。

· 所谓N+1并机扩容冗余；以并接8台同型UPS系统供电为例，UPS系统可以供应7倍单台的负载容量，当8台UPS其中有一台异常脱离系统时，剩余 7台UPS仍然可以满足负载的正常供电。

逆变器采用全桥架构, 可接100%三相不平衡供电且负载适应性最强:

· 输出的三相逆变器采分离控制，完全独立返馈控制，使三相负载在完全100%不平衡下，仍然可以满足各相负载的正常供电(稳压精度小于1%)。

·  全桥设计的逆变器架构，可以降低IGBT的耐压要求，使UPS对不同性质负载的适应性最强。

模块化设计:

·  降低平均修护时间（MTTR），维修效益最高。

整流器有软启动设计:

·   当UPS的输入转由发电机连接供电使用时，可使发电机供电得到平滑过度连接，可避免发电机受到瞬间负载的冲击或过载故障，可使发电机保持正常运行，延长使用寿命。

使用者亲和接口及智能型数字化电源管理:

· 多国语言图形化大型LCD显示使UPS易于操作，更拉近了与用户间的距离。

·  LED系统指示图及UPS状态指示，直接地提供UPS运转模式的状况。

· 可管理的通信接口端口，有干接点/RS232/RS485/SNMP/ETHER NET通讯端口，使UPS监控管理变得更简便，功能强大，可提供UPS状态监视及网络管理能力。

4．2．3 适应中国国情的设计

宽广的输入电压范围:

· 在满载的情况下，输入电压的范围非常宽（-20% ~ +20%），在供电环境恶劣的大部分地区,大多数的UPS要靠电池放电才能保持输出电压稳定的情况下，台达UPS还能够按正常的市电工作方式运行，降低电池放电的次数及损耗,延长电池使用寿命。

双变换在线式:

· 保护用户的精密设备供电质量,市电与电池供电为”零”时间断电转换，负载端可以完全滤除输入市电的杂波，提供用户负载纯净的正弦波，可延长设备使用寿命。

短路保护设计与超强防雷击保护:

·  使设备不受外部恶劣环境的冲击并保护用户负载设备获得安全的运行。

完全中文化显示接口: 提供用户简易方便的操作管理及维护指示

·  全中文LCD显示画面:

a.   系统主画面：显示UPS运行状态图及状态、异常告警、异常处理信息提示画面。

b.   量测画面：显示UPS各种电气指针参数测量，包括：输入/输出电压、电流、频率，电池电压、电流、状态、容量及输出负载百分比、功率因素，温度状态…等数据。

c.   参数设定画面：可对UPS的一些基本保护参数依需求设定，包括：逆变器输出电压准位、输入电压、频率范围及电池的容量、充放电电压、电流范围、状态测试时间、安装、更新告警日期和系统时间、密码、语言、LCD明暗对比调整之设定…等。

d.   系统控制画面：可强制控制逆变器、旁路输出状态、警报器静音调整、测试电池状态、控制充电形式…等。    

e.   事件记录画面：可记录显示UPS历史状态发生情形及时间,查看目前UPS使用的状态，透过事件记录可作为UPS故障时分析问题的依据。事件记录可达500笔数据。

f.   其它信息画面：显示电池状态测试结果及日期、电池安装日期、电池放电次数、旁路状态次数、UPS运转时间、UPS运转状态代码、现在时间、UPS基本容量编号、软件使用版本和干接点输出设定状态…等。

·  全中文化远程监控管理软件:

   可透过不同的通信埠(RS232/RS485/SNMP/DRY CONTACT/ETHER NET等)直接连接计算机或透过网络进行远程监控，使用者可直接在计算机上对UPS进行监视及控制，并集中控制管理源。

4．2．4 独特可靠的并机技术

    台达 UPS采用高速的微处理器运算为基础的数字化设计，独特的热补偿运算控制，直接并机技术，在UPS单机之间无需外加并机卡或并机柜，采用环路通讯电缆连接来传递实时信号，实现并机的“均流”控制。对于并机系统中的各台UPS，均都处于完全“平等”的调控状态之中。并采用独特的同步相位调制法。每台UPS能“智能”地将位于并机系统中的各台UPS的同步跟踪调到最佳状态（各台之间的相位差几乎为零）和实时动态地调节所带的负载百分比，实现高精度的负载均分。在并机系统使用中，有其中一台UPS发生故障时，该故障的UPS会迅速、可靠地从并机系统中脱机，从而确保并机系统继续提供用户高质量的逆变电源。台达 UPS可8台并机，实现N+1的应用，满足用户的安全需求也可达到经济扩容的需要。

五，总结

本文详细描述了用户的需求、方案设计说明、方案原理图、如何配置及台达UPS的产品介绍等内容，充分展示了台达UPS在光电行业的成熟应用实例.

整体方案的特点如下：

1.解决了UPS与电机的搭配问题,贴近用户需求.
2.电池数量按照实际功率计算.有效了利用电池资源,不浪费计算.
3.采用可靠性MTBF>250000h的UPS,提高了整体方案的可靠度.
4.此次选用的可并机UPS,可随时根据实际情况,方便经济扩容.