UPS電源共享電池組解決方案,UPS Battery connection

關鍵字：UPS電池共用

一、引言
為了提高系統可靠度，現在的機房多采用N+X并聯冗余或者雙母線的UPS配置方案。以往的方案中UPS主機的數量多了，而電池的數量也往往跟著成比例的增加，從而使花于電池的金錢、空間、承重、維護等各方面的投資加大，有時甚至是UPS主機的幾倍。那么有沒有一種方案在系統后備時間不受或者少受影響的情況下少配電池呢?有沒有一種方案在UPS主機冗余的情況下而不要求電池組一定跟著冗余呢?
有，共享電池組就是一個很好的解決方案。

二、共享電池組方案的理論基礎及其優越性
所謂共享電池組方案就是指兩臺或者多臺UPS主機同時利用一組或者多組電池的解決方案。市電正常時，各UPS同時給電池組充電，市電異常或者中斷時，各UPS又同時利用電池組的能量逆變成交流電供給負載。
共享電池組方案的系統架構示意圖如下：
在N+X并聯冗余或者雙母線的配置系統中，UPS主機一定有冗余，如：2+1并聯系統中，冗余量占總容量的33%，1+1并聯系統中，冗余量占總容量的50%， 1+2并聯系統中，冗余量占總容量的67%，在雙母線系統中冗余量至少占總容量的50%等等。按照常規的電池配置方法，每臺UPS主機配帶各自的電池組，如果UPS主機因故不能逆變，它所配帶的電池組也就跟著作廢了，盡管電池沒有故障。所以UPS主機冗余，電池也要跟著冗余，主機冗余量占UPS總容量的百分之幾，電池冗余量也要跟著占電池總容量的百分之幾，只有這樣才能使系統后備時間不受影響，達到真正冗余的效果。換個思路考慮，當某臺UPS主機發生故障時，如果將它所配帶的電池轉移給其它正常的UPS使用，那么系統配置的電池不就沒必要冗余了嗎?整個系統的后備時間不是同樣不受影響嗎?這正是共享電池組方案的理論基礎。
共享電池組方案具有以下優點：
1.節省購買電池的資金投資

系統冗余量占系統總容量的百分之幾，就能節省電池總投資的百分之幾。在電池價格飛漲的今天，能夠節省的這筆費用是相當可觀的。同時，電池數量減少了，相應的搬運、安裝等投資也會跟著減少。
2.節省安裝空間投資
大批量的電池所占用的安裝空間也是很大的，減少了電池數量,也就成比例地減少了安裝空間方面的投資。同時也就減少了房租、裝修費、空調配置等方面的投資。
3.節省承重方面的投資
電池組是很重的，為了解決樓層承重問題，一般會擴大電池的放置面積或者制做承重支架。如果減少了電池數量，這方面8;7787。六六六力量。。了，，5，，7，的投資就會相應地省去。
4.節省運營成本投資
電池數量少了，系統本身以及房間空調所消耗的電能也就少了，需要投入的維護成本也少了，同時還會更加環保。
5.系統擴容比較方便
對于共享電池組的UPS系統，日后擴容時可以不增加電池，如果現有電池組的后備時間還夠用，直接增加UPS主機就行了。擴容會變得非常簡單、方便、節省資金。
6.發揮電池的最大效能，提高電池利用率
電池是需要維護的，如果長期不放電就會失去活性。對于傳統的電池配置方案，由于電池數量較多，停電后電池會小電流放電，電池容量可能還沒有放掉多少市電就已經恢復。這種小電流的淺度放電對電池是沒有好處的，久而久之電池性能就會下降，一旦某臺UPS壞掉，其它UPS電池的后備時間就會達不到要求。而對于共享電池組方案，由于電池數量相對較少，停電后電池的放電電流就會比較大，電池容量也可以放的比較多，這樣有利于提高電池的活性，延長電池壽命。一旦某臺UPS壞掉，系統的后備時間也不會受到影響，因為電池不會跟著UPS實效而失效。
從上面的分析可以看出共享電池組方案具有很多的優點，尤其是在投資、承重、安裝空間等條件受到限制時，這一方案更顯示出它的優越性。

三、共享電池組方案需要解決的幾個問題
既然共享電池組方案具有諸多的優點，為什么還沒有被普遍的應用呢?為什么很多廠商平時宣揚自己的UPS具有共享電池組功能，而實際應用時卻又不敢建議客戶使用呢? 這是因為并不是每一款UPS都可以共享電池組，共享電池組需要一定的技術支持。
對于共享電池組方案，大家比較關心的問題主要有以下幾個：
1.直流母排直接相連，各臺UPS的整流器會不會受影響?直流母排的電壓穩定度能否保證? 直流母排的電壓漣波是否夠小?
2.各臺UPS對電池的均浮充是如何處理的?
3.共享電池組時“電池在線測試”功能是否還能使用?
4.若其中1臺UPS的整流器故障,各臺UPS將如何動作?
5. 若其中1臺UPS的逆變器故障,各臺UPS將如何動作?
6.如果共享的電池組部分出現故障,例如短路時,各臺UPS如何自我保護?
這些問題直接關系到整個系統的安全性和穩定性，非常重要，不同的廠家處理方式也不一樣，所以選擇共享電池組方案時一定要選擇技術實力雄厚，制造經驗豐富的UPS廠商.

四.臺達NT系列UPS的共享電池組解決方案
臺達NT系列UPS可以多機共享電池組，在串聯、并聯、雙母線架構下都可以采用。目前，在上海鐵路局調度控制中心有兩臺30KVA的UPS共享電池組在正常運行;在九江電信有兩臺320KVA的UPS共享電池組在正常運行;在山東省委機要局有兩臺40KVA的UPS共享電池組在正常運行;在山東電視臺有兩臺30KVA的UPS共享電池組在正常運行;在鷹潭電信有三臺40KVA的UPS共享電池組在正常運行等等，這些案例從來沒有因為共享電池組而發生過故障。在臺達的UPS生產線上也都是采用共享電池組方式測試并聯機器的。所以說臺達UPS在共享電池組方面的技術還是相當可靠的，經驗還是非常豐富的。
臺達NT系列 UPS主要是這樣處理以上幾個問題的：
對于問題1：各臺UPS的直流母排相連后，整流器的工作其實是基本不受影響的，因為各整流器的SCR開度受各自驅動信號的控制，跟直流母排是否相連沒有關系，只要直流電壓的反饋信號準確及時,驅動信號正確無誤，SCR的工作也就不會受到影響。所以，12脈沖整流器、18脈沖整流器都能夠安全穩定的運行，甚至開關電源的幾十個整流模塊都可以直接并聯起來安全運行。
更深一步去看，如果控制的好，整流器并聯后不但沒有壞處而且還有好處，因為它們可以相互抵消一些低次諧波，使直流電壓漣波更小，直流電壓更加穩定
臺達NT系列UPS的整流器每臺都由一片專門的CPU來控制，采集信號準確及時，驅動信號正確無誤，抗干擾能力強。UPS還具有自動均流功能，不但能保證每臺UPS的三相輸入電流一致，而且還能調控各并聯UPS的整流器之間的電流相差不能太大，否則電流大的UPS就會限流保護，以提高整個系統的安全性。臺達NT系列UPS不論單機運行還是共享電池組，其直流電壓穩定度都能達到<±1%。
對于問題2：臺達NT系列UPS可以根據電池容量大小和負載需要在操作面板上設定電池容量、均/浮充電壓、充電電流、電池低電壓告警點、電池截止電壓點等參數。如果共用電池組，則將操作面板上的“共用電池組” 設定為“YES” ,同時電池容量和充電電流兩個參數設定為電池需要數值的1/N(N為主機數量)。
市電停電后，各臺UPS開始放電，再來電時，如果電池電壓低于均充電壓點，則各臺UPS同時啟動均充功能，當達到截止電壓點或者截止時間時，各臺UPS同時轉為浮充。
在正常運行時，如果人為啟動單臺UPS的均充功能，則該臺UPS最大以設定的充電電流進行均充，達到時間后自動轉為浮充，不會對系統造成影響。
對于問題3：臺達NT系列UPS共用電池組時，“電池在線測試”功能無效，因為此時單臺檢測“電池”是沒有意義的。根據需要，也可以修改軟件，當啟動其中一臺UPS的“電池在線測試”功能時，讓各臺UPS同時動作。
對于問題4：在運行過程中，如果一臺UPS的整流器故障了，則故障機會告警，并轉到電池工作狀態，直到電池組電壓降到330V時，鎖機保護(正常UPS的電池保護鎖機電壓一般為300V)。其它的UPS會一直工作在正常工作狀態，最大以設定的充電電流對電池進行充電。
如果整流器損壞嚴重，甚至短路，則故障機整流器跟直流母排之間相連的保險絲會迅速熔斷，不讓單個故障點影響整個系統。
對于問題5：在運行過程中，如果一臺UPS的逆變器故障了，則故障機會告警，對于并聯系統，故障UPS會鎖閉輸出，負載由另外的UPS承擔。如果另外的UPS超載，則所有的UPS同時轉到旁路工作狀態，繼續給負載供電。對于串聯或者雙母線系統，故障UPS會直接轉到旁路工作狀態，繼續給負載供電。
如果逆變器損壞嚴重，甚至短路，則故障機逆變器跟直流母排之間相連的保險絲會迅速熔斷，不讓單個故障點影響整個系統。
對于問題6：臺達NT系列UPS的電池組跟直流母排之間有電磁接觸器和保險絲保護，當UPS偵測到電池組漏液、電池極性接反、電池電壓過低等問題時，電磁接觸器將不吸合，當電池組短路時，會有保險絲迅速熔斷，以保護整個系統。

五. 實施共享電池組方案需要注意的問題
采用共享電池組方案時需要注意以下兩點：
1.盡量避免只共用一組電池
因為這樣存在單點故障，一旦這一組電池發生故障，則所有UPS都沒有電池可用，如果此時市電停電，整個系統就會停掉。
根據經驗，最好是選用2-5組電池共享，因為這樣既可以避免電池組單點故障，又可以對電池組。