艾力德6-GFM-120閥控密封式鉛酸蓄電池12V120AH

圖5  全橋逆變器UPS一個(gè)功率管穿通情況原理圖

并聯(lián)運(yùn)行描述了這樣一種配置，即將兩個(gè)或兩個(gè)以上的不間斷電源模塊的輸出連接在一起，通過一個(gè)共同的交流母線，提供給負(fù)荷。為了能夠成功地做到這一點(diǎn)，每一個(gè)不間斷電源模塊必須能夠并聯(lián)運(yùn)行，但并非所有的UPS都能夠并聯(lián)運(yùn)行。要做到能夠并聯(lián)運(yùn)行，模塊需要配備并行卡，然后通過線(光)纜連結(jié)，形成一個(gè)閉環(huán)的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。這使得數(shù)據(jù)在不間斷電源的模塊之間進(jìn)行交換。如果有需要，每個(gè)模塊仍然可以獨(dú)立運(yùn)行，但這個(gè)并行卡將使并聯(lián)的整組不間斷電源模塊作為一個(gè)系統(tǒng)來運(yùn)行。像這樣一組并聯(lián)的不間斷電源模塊被稱為一個(gè)UPS系統(tǒng)。這樣的系統(tǒng)有兩個(gè)基本的配置：并聯(lián)冗余系統(tǒng)和普通的并聯(lián)系統(tǒng)。

并聯(lián)冗余系統(tǒng)（N+X）

一種并聯(lián)冗余UPS系統(tǒng)是由一個(gè)或多個(gè)UPS模塊并聯(lián)運(yùn)行，以一個(gè)所謂的N+X配置形式，這里X代表了額外的不間斷電源模塊的數(shù)量。例如，一個(gè)并聯(lián)的有兩個(gè)單位的UPS系統(tǒng)是一個(gè)N+1配置；三個(gè)單位的UPS系統(tǒng)就是N+2等等。每一個(gè)模塊都配有一個(gè)靜態(tài)旁路開關(guān)。所有模塊平均地分配負(fù)荷，但如果一個(gè)模塊出現(xiàn)故障（無論是正在形成的故障，還是已經(jīng)撤下去維修），其它模塊將接替它給負(fù)荷供電而不會(huì)間斷。

并聯(lián)冗余UPS是常見的可利用的并聯(lián)配置，它通常是用來保護(hù)要求高恢復(fù)性和高可用性的數(shù)據(jù)中心、工業(yè)用途和大型服務(wù)商的重要業(yè)務(wù)的應(yīng)用。

每個(gè)UPS制造商的并聯(lián)運(yùn)行不間斷電源模塊的數(shù)量是不同的，但一個(gè)共同的標(biāo)準(zhǔn)是最多只能是并聯(lián)8個(gè)UPS模塊。

并聯(lián)系統(tǒng)

一種并聯(lián)的不間斷電源供電系統(tǒng)，是由多個(gè)并聯(lián)工作的UPS組成，但沒有冗余，因此稱之為：并聯(lián)系統(tǒng)。并聯(lián)系統(tǒng)并沒有增加系統(tǒng)的恢復(fù)能力，但可以花費(fèi)較少的設(shè)備費(fèi)用。然而，并聯(lián)冗余系統(tǒng)比普通的并聯(lián)系統(tǒng)的主要優(yōu)勢(shì)，體現(xiàn)在維護(hù)/修理期間的不間斷供電（特別是針對(duì)一個(gè)重要業(yè)務(wù)的應(yīng)用時(shí)）。一個(gè)并聯(lián)冗余的解決方案允許維修工作進(jìn)行，而不中斷負(fù)載，而同樣的情況在一個(gè)普通的并聯(lián)配置中，整個(gè)UPS系統(tǒng)必須走旁路，只允許個(gè)別單元繼續(xù)工作。在一個(gè)普通的并聯(lián)系統(tǒng)中，UPS系統(tǒng)總的供電能力是這個(gè)系統(tǒng)中UPS模塊的總數(shù)。

在并聯(lián)配置中UPS的規(guī)模是至關(guān)重要的

設(shè)計(jì)一個(gè)并聯(lián)的UPS系統(tǒng)的關(guān)鍵是確定UPS的供電能力大小。整個(gè)系統(tǒng)需要確定規(guī)模，從而使任何一個(gè)模塊不應(yīng)該因?yàn)槌d而發(fā)生故障。但也將具有一定程度的超載能力，就是當(dāng)UPS系統(tǒng)在接近設(shè)計(jì)極限值時(shí)候（UPS設(shè)計(jì)極限含有一定的超載能力）的運(yùn)行。

在正常運(yùn)行期間，當(dāng)可以提供電網(wǎng)供電（或發(fā)電機(jī)供電）時(shí)，無論在一個(gè)并聯(lián)冗余或并聯(lián)容量系統(tǒng)中，每一個(gè)不間斷電源模塊將分擔(dān)同樣的負(fù)載。在電池模塊的運(yùn)行狀態(tài)下，也是負(fù)載均分。每個(gè)模塊都有自己的一套電池，而不是共用電池。

如果任何一個(gè)UPS模塊檢測(cè)出發(fā)生內(nèi)部故障，它將自動(dòng)斷開共同的輸出AC母線，其余的不間斷電源模塊將平均分擔(dān)負(fù)荷，沒有任何供電中斷。

在系統(tǒng)中，如果第二個(gè)不間斷電源模塊同時(shí)發(fā)生故障，剩余的運(yùn)行中的UPS模塊將被迫超載，負(fù)荷通過靜態(tài)開關(guān)轉(zhuǎn)移到旁路供電。這將同時(shí)迫使兩個(gè)發(fā)生故障的UPS模塊進(jìn)入旁路，但可以確保負(fù)載自動(dòng)地得到足夠的能源而沒有中斷。

當(dāng)在旁路內(nèi)，系統(tǒng)恢復(fù)能力降低，負(fù)荷將被連接到原始市電電源或替代的交流電源。在旁路上，每個(gè)UPS將產(chǎn)生報(bào)警通知，在本地網(wǎng)絡(luò)或遠(yuǎn)程站點(diǎn)可以捕獲到這些警報(bào)。

雙輸入供電

采用雙輸入供電，并聯(lián)的UPS配置的恢復(fù)能力可以得到進(jìn)一步加強(qiáng)。這里的UPS系統(tǒng)是通過不同的整流器和靜態(tài)開關(guān)來供電的。

不間斷電源安裝通常依賴于共同的市電電源供給UPS和靜態(tài)旁路。但是，這樣就產(chǎn)生了一個(gè)單點(diǎn)故障，對(duì)于那些重要業(yè)務(wù)的應(yīng)用，這是不可接受的。采用雙輸入供電，從不同的市電電源（甚至不同的變電站）供電，就解決了這一問題。

蓄電池是UPS的重要部件，在為UPS選用蓄電池時(shí)，合理的配置會(huì)提升UPS的整體性能、降低UPS的整體成本，在此簡(jiǎn)述選用鉛酸蓄電池的一些注意事項(xiàng)，使UPS與電池能夠達(dá)到最優(yōu)化配置，以滿足不同應(yīng)用場(chǎng)所的需求。

一 鉛酸蓄電池種類的選擇

1 鉛酸蓄電池的種類及優(yōu)缺點(diǎn)[l1] 

 
鉛酸蓄電池從制造結(jié)構(gòu)上分為兩類，第一類是開口電池（又稱富液電池），開口電池的極板均浸泡在電解液中，反應(yīng)產(chǎn)生的氧氣、氫氣從電池蓋的開口處逸出。開口電池優(yōu)點(diǎn)是①電池的外殼透明，能夠觀察到極板、液體的工作狀況，便于及時(shí)深度維護(hù)，從而保證了最高可靠性；②由于便于深度維護(hù)（加液、更換落后電池），保證了整個(gè)電池系統(tǒng)能夠長(zhǎng)時(shí)間服役，因而壽命長(zhǎng)，開口電池一般設(shè)計(jì)壽命20年[l2] ；③浮充電流小，運(yùn)營(yíng)成本低；缺點(diǎn)是：①需要專業(yè)的維護(hù)人員；②體積大，能量密度低；③需要通風(fēng)良好的專用電池室[l3] ；④由于有酸霧逸出，與其他電子設(shè)備適應(yīng)性較差。
對(duì)于可靠性要求極高的場(chǎng)所，如核電廠核島一般都會(huì)選擇核級(jí)開口電池。
第二類是閥控式密封電池（又稱貧液式電池），閥控電池在電池蓋上裝有單向閥，電池內(nèi)部無游離酸，內(nèi)部反應(yīng)形成氧循環(huán)，正常運(yùn)行時(shí)，氣體不外泄。閥控電池又由于電解液的存在方式不同分為AGM和GEL兩種。兩類電池的優(yōu)缺點(diǎn)見如下比較表。
 
因此，AGM適合在溫度適宜、要求高功率放電的場(chǎng)合,而GEL適合于環(huán)境溫度變化較大，市電供電較差的場(chǎng)合。
二 蓄電池容量的選擇
蓄電池的容量不能簡(jiǎn)單以蓄電池的AH數(shù)來確定，因?yàn)橄嗤珹H數(shù)的蓄電池，不同的放電時(shí)間，表現(xiàn)出來的能力有很大的差異。 
例如C&D 12-100 LBT蓄電池的容量C20=100AH，是指該電池在25攝氏度時(shí)，放電電流為5A，放到截止電壓為10.5V時(shí)停止，放電時(shí)間能達(dá)20H。即5A×20H=100AH。通過以上表述，可以清晰的看到通常意義上的C20為100AH，表明了這個(gè)電池的20小時(shí)小電流的放電能力，而UPS應(yīng)用往往是2小時(shí)內(nèi)的短時(shí)間、大電流放電，我們應(yīng)該關(guān)注每款電池短時(shí)間的放電能力。
C&D 12-100 LBT的C20=100AH,15分鐘放電能力為308.8瓦特；
C&D 12-370 DNT的C20=102AH,15分鐘放電能力為369.7瓦特；
相同都是100AH的電池，DNT電池15分鐘放電能力比普通電池高近20%。以300KVA的UPS后備15分鐘為例，需要LBT系列100AH電池140節(jié)，而DNT系列100AH電池僅需要114節(jié)，差異26節(jié)。
所以，為UPS選擇蓄電池容量，科學(xué)準(zhǔn)確的方式是恒功率計(jì)算方式 
1.蓄電池容量計(jì)算公式
恒功率模型，即按照UPS負(fù)荷有功功率計(jì)算電池容量，計(jì)算方法如下：
第一步：根據(jù)如下公式求出業(yè)主需求的單體功率數(shù)Pdc
 
第二步：蓄電池在某截止電壓（例如1.75V）時(shí)的放電功率應(yīng)大于此Pdc;
2.蓄電池容量計(jì)算舉例
（1）UPS參數(shù)

	



	

		

			

UPS容量:
			
			

800KVA
			
			

負(fù)載率:
			
			

100%
			
		
		

			

輸出功率因數(shù):
			
			

0.8
			
			

逆變器效率:
			
			

0.95
			
		
		

			

串聯(lián)節(jié)數(shù):
			
			

38
			
			

并聯(lián)組數(shù):
			
			

4
			
		
		

			

單體截止電壓:
			
			

1.7V
			
			

運(yùn)行環(huán)境溫度:
			
			

25℃
			
		
	

（2）計(jì)算過程
滿足此用戶要求，每單體電池需要的直流功率是：
 
（3）電池的選擇
電池型號(hào)為：C&D 12-775A DNT的電池，在25℃的環(huán)境溫度下運(yùn)行,截止電壓1.7V：
狀態(tài)一 #1：在15分鐘時(shí)放電功率為776W; 
狀態(tài)二 #2：在20分鐘時(shí)放電功率為570W。
 
根據(jù)如下公式推算，該電池組的預(yù)計(jì)后備時(shí)間為
 
（4）計(jì)算結(jié)果
該800 kVA UPS 滿載配置C&D 12-775A DNT 電池共 38節(jié)×4組，運(yùn)行在25℃環(huán)境中，預(yù)計(jì)后備時(shí)間超過15分鐘。
3．蓄電池容量計(jì)算中注意事項(xiàng)
輸出功率因數(shù)、逆變器效率、串聯(lián)節(jié)數(shù)、截止電壓均由[l6] PS參數(shù)決定；負(fù)載率、環(huán)境溫度都是由最終客戶決定。
如果環(huán)境溫度不是 25攝氏度，可根據(jù)如下公式折算（此公式適合15-30攝氏度計(jì)算）。
Ct=Ce[1+K(t-25)]
- Ce—25攝氏度基準(zhǔn)溫度容量
- t--放電時(shí)環(huán)境溫度
- K--溫度系數(shù)（10h率K=0.006， 3h率K=0.008，1h率K=0.01）
例如一個(gè)100AH的電池，在15攝氏度環(huán)境下，在后備時(shí)間30分鐘情況下使用。
C=100×[1+0.01×(15-25)]=90AH
即這個(gè)電池在15攝氏，電池已經(jīng)折算為90AH，相應(yīng)的放電功率表里的數(shù)據(jù)也要乘以0.9。
總之，每個(gè)應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)都有不同需求和客觀情況，多用型、長(zhǎng)壽命、高功率、前端子、深循環(huán)等越來越多種類的鉛酸蓄電池的應(yīng)用，將為每[l7] 位客戶打造個(gè)性化方案，提升關(guān)鍵設(shè)備電源系統(tǒng)的高性能及高可靠性。
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