光電業UPS供電解決方案

一．概述

    隨著光電業近幾年的蓬勃發展，各產品線越來越齊全，涵蓋了1.5至46吋TFT-LCD面板，應用領域包含桌上型顯示器、筆記型計算機、液晶電視、車用顯示器、工業用計算機、數字相機、數字攝錄機、手持DVD、掌上游戲機、手機等全系列應用。各光電生產商在推出新產品的同時,對質量越來越重視,同時對生產線的設備也提出更高的要求，從早期UPS主要供電給生產線的控制及核心網絡機房電源到現在要求提供全線生產線都不間斷，包括傳動部分，確保停電4小時內生產線生產不受影響。

二．需求分析

   1．UPS要能為生產線的傳動、控制部分提供優質電源，確保生產線停電4小時內生產不受影響。
   2．生產線傳動部分電機的功率為55KW�？刂撇糠值目偣β蕿�25KW。
   3．系統可靠性要求MTBF>250000h(不含電池)

三．方案設計

   根據用戶需求，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，采用常規配置，須考慮電機啟動電流6~9倍，UPS配置的容量也須相應增加6倍，這樣配置很不經濟，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系數即可。

UPS容量＝現有設備容量÷UPS輸出功率因數÷UPS帶載比例*電機啟動系數(加變頻器)
現有設備容量為80000w
UPS輸出功率因數為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1.3倍.
UPS容量＝80000w÷0.8÷70％*1.3
        ＝185714VA
   根據計算，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為0.8，選擇電池容量、串連只數、并聯組數如下：

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為：
No = 逆變器終止電壓/電池終止電壓
   = 300V/1.7V=176.4節≈174單體（cell）
每組電池數= No/電池單體數
          =174/6=29塊
按照NT系列UPS要求，每組電池數應為：29塊

    根據電池放電功率表，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），則需要的電池組數為：

G = Pda/（單體功率 x 單體數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

3.方案電氣原理圖

主要由UPS、變頻器、接觸器等組成完整經濟可靠的系統。

4．配置清單

四．NT系列產品介紹

4．1性能及技術特點

·  雙變換純在線式設計
·  可8臺UPS并機冗余，無須外加并聯控制卡
·  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技術，可100%三相不平衡供電且負載適應性最強
·  磁性組件采用H級絕緣防護等級設計，安全性高
·  充電系統采DIN41773國際標準
·  設計有電池溫度補償，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機功能(EPO)
·  高整機效率
·  標配有手動維護旁路開關功能(MBS)
·  輸入端可作雙回路供電設計
·  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計，維護簡易
·  內建SRAM，可以儲存多于500筆信息數據
·  可搭配電力監控軟件，對UPS作網絡及遠程監控
·  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，節省電費及提高風扇使用壽命
·  短路保護設計與超強防雷擊保護
· 可作8臺(N+1)并機擴容冗余,提供經濟可靠的高效率供電保護

4．2 性能及技術特點說明

4．2．1 采用先進智能的微處理控制器CPU控制設計

數字化設計:

· 藉由高速的微處理器運算為基礎的數字化設計，簡化復雜的模擬線路及零件數目，提高了整個系統的集成率及可靠度。

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

· 經由高速的微處理器取樣計算出精確的數字化讀值，可經由LCD顯示出各種重要的電氣參數(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。

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

· 多段式冷卻風扇速度控制，改善系統可靠度、效率、噪音及提高風扇使用壽命。

可8臺UPS并機冗余， 無須外加并聯控制卡:

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

內建SRAM， 可以儲存多于500筆信息數據:

· 內建SRA，M可以儲存多于500筆信息數據，可提供系統異常前后的狀態及數據，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，延長電池使用壽命。

· 對于環境溫度的變異，充電電壓也進行相對應的調整(參照電池技術規格，以20℃為基準每上升1℃，充電電壓調降0.5V每下降1℃，充電電壓調升0.5V)，以延長電池壽命。

智能型放電器設計:

· 可依負載的實際情況及電池的電流量大小，來調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及延長電池使用壽命。

4．2．2 先進的運行控制架構設計

 采用IGBT高頻正弦脈寬調變技術:

· 采用IGBT高頻正弦脈寬調變切換技術，降低系統噪音及電力損失。

雙備份電源設計:

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

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

· 以提高系統可靠度及UPS故障清除能力。

可作8臺(N+1)并機擴容冗余, 提供經濟可靠的高效率供電保護:

· 控制采隨機控制架構，無需固定主機/副機的區分；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系統供電為例，UPS系統可以供應7倍單臺的負載容量，當8臺UPS其中有一臺異常脫離系統時，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, 可接100%三相不平衡供電且負載適應性最強:

· 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(穩壓精度小于1%)。

·  全橋設計的逆變器架構，可以降低IGBT的耐壓要求，使UPS對不同性質負載的適應性最強。

模塊化設計:

·  降低平均修護時間（MTTR），維修效益最高。

整流器有軟啟動設計:

·   當UPS的輸入轉由發電機連接供電使用時，可使發電機供電得到平滑過度連接，可避免發電機受到瞬間負載的沖擊或過載故障，可使發電機保持正常運行，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系統指示圖及UPS狀態指示，直接地提供UPS運轉模式的狀況。

· 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監控管理變得更簡便，功能強大，可提供UPS狀態監視及網絡管理能力。

4．2．3 適應中國國情的設計

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%），在供電環境惡劣的大部分地區,大多數的UPS要靠電池放電才能保持輸出電壓穩定的情況下，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:

· 保護用戶的精密設備供電質量,市電與電池供電為”零”時間斷電轉換，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，可延長設備使用壽命。

短路保護設計與超強防雷擊保護:

·  使設備不受外部惡劣環境的沖擊并保護用戶負載設備獲得安全的運行。

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.   系統主畫面：顯示UPS運行狀態圖及狀態、異常告警、異常處理信息提示畫面。

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

c.   參數設定畫面：可對UPS的一些基本保護參數依需求設定，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、狀態測試時間、安裝、更新告警日期和系統時間、密碼、語言、LCD明暗對比調整之設定…等。

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

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

f.   其它信息畫面：顯示電池狀態測試結果及日期、電池安裝日期、電池放電次數、旁路狀態次數、UPS運轉時間、UPS運轉狀態代碼、現在時間、UPS基本容量編號、軟件使用版本和干接點輸出設定狀態…等。

·  全中文化遠程監控管理軟件:

   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絡進行遠程監控，使用者可直接在計算機上對UPS進行監視及控制，并集中控制管理源。

4．2．4 獨特可靠的并機技術

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

五，總結

本文詳細描述了用戶的需求、方案設計說明、方案原理圖、如何配置及臺達UPS的產品介紹等內容，充分展示了臺達UPS在光電行業的成熟應用實例.

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,可隨時根據實際情況,方便經濟擴容.