广汽丰田发动机公司的精密数控机床因市电供电质量问题，常导致几万、甚至几十万的部件损坏。UPS供电系统的建设目的，是通过UPS供电系统给精密设备供电，为用电设备提供高质量的、不间断电源，来保证用电设备正常工作。UPS不间断电源系统可以解决电源断电、电压尖峰、电压浪涌、频率漂移、谐波干扰、过欠压、电压波动及噪声电压等由市电电源质量差对前端设备造成的危害。

本方案主导思想是本着节省、可靠、简洁高效的原则来制定。尽量结合现场特点，为客户度身定制成本最低、性能最优的UPS供电解决方案。

一、用户需求：

1.1 负载分析

1）客户设备为主要为精密数控机床，内部有多个大功率电动机，特别是主轴刀头驱动马达，功率可达30KVA,启动瞬间的冲击电流是是启动后的3-5被，负载冲性很大。

下图是测量的一台负载设备工作时电流波形（共记录了一小时的电流变化波形）：

图中，红色是电流值，我们看到负载设备正常工作时，电流值在100A-180A之间变化,几乎是2倍的变化率。这要求解决方案所采用的UPS设备必须具有强的抗冲性负载击能力，同时过载能力也要强。

二）我们在配电室对一期和二期负载的总用电量进行了测量，负载电流情况如下表：

测量地点

产

线

测量位置

电流值

负载功率因数

总电流

总

配

电

室

一

期

A103开关

486A(最大值)

300A

0.75

约1000A

(最大约1400A)

A104开关

422A(最大值)

350A

A201开关

462A(最大值）

350A

二

期

C202开关

827A(最大值)

750A

0.75

约1800A

(最大约2000A)

C203开关

603A(最大值)

500A

C104开关

636A(最大值）

550A

A)通过上表，我们可以看到，一期：负载总电流约为1000A，最大可达1400A，电压210V；二期：负载总电流约为1800A，最大可达2000A，电压210V.。根据以上，一期需要的总容量为：1000A*210V*1.732≈364KVA，最大可达509KVA；二期为：1800A*210V*1.732≈655KVA，最大可达718KVA。

B)从上表中，可以看到负载电流有一定波动，应该要考虑此负载波动值的范围，以留有适当余量，保证负载电流变化时，UPS设备仍然可以保证正常工作。

二、系统方案

2.1 UPS的选择

2.2.1 UPS容量

通过以上负载分析，我们采用如下总功率算法，以求尽量既能满足所有产线线负载的功率要求，包括动态时的功率要求，又不致使容量余量过大，造成浪费。

UPS的容量选择主要是由负载的大小,负载的特性以及预留容量的大小来确定的.通常的计算公式是:

负载容量*功率因数

UPS容量(VA)≧ ---------------------------------------------------------------------

UPS的输出功率因数 *80%

首先,UPS的容量必须大于所带负载的总容量;

其次,不同特性的负载对UPS的容量要求也不同.如负载接近电阻特性,输入功率因子大于UPS的输出功率因子(一般为0.7-0.8),则按 UPS的输出功率因子来计算;如负载的输入功率因子小于UPS的输出功率因子,则按负载的输入功率因子来计算.

第三,为保证UPS长期稳定地运行,负载容量一般不超过UPS容量的80%, 并且新装UPS一般还要留出一定的负载扩容余量.

第四,对于特殊类型的负载,如马达类设备,由于启动电流很大,UPS容量应适当当放大到正常使用容量。

A/基于以上，由于负载的功率因数为0.75，和UPS的功率因数0.8非常接近，因此UPS容量，只取80%的负载量来计算，即：

一期产线：364KVA/0.8=455KVA；

二期产线：655KVA/0.8=818KVA；

由于台达UPS 208V电压输出规格的UPS，容量最大可达200KVA，因此，可采用并联的方式，来增大UPS的容量，并采用适当的冗余，来提高系统的可靠性和抗过载能力。即，一期产线，2-3台200KVA UPS并联，可提供400K-600KVA 的输出功率。

二期产线，4-5台200KVA UPS并联，可提供800-1000KVA 的输出功率。

B/由于负载电流最大值的情况几乎很少出现，此时可考虑利用UPS的过载能力或在供电方案中来充分考虑，此处为了节省成本，最大化的利用UPS的容量，故不再单独对产线的最大电流值来增大UPS的容量。

C/电池延时时间，我们选择根据客户实际情况，选择为2-5分钟。此时间足够客户设备完成一个生产周期，并且可安全关闭设备。

2.2.2 UPS性能要求

大型工厂的生产线负载动态变化范围较大，负载也比较多样化。同时，生产车间的环境相对不是很友好，UPS操作、维护人员的专业性也相对弱一些。这些都要求UPS系统应该具备以下几点：

l UPS耐冲击性能强，逆变器抗过载能力强，最好采用带输出隔离变压器的全桥逆变架构的UPS；

l UPS可靠性高，并具有并联功能。

l UPS管理、维护方便，有中文人性化操作界面。

通过以上分析，我们选用台达NT 系列UPS，其208V电压规格的UPS功率范围最大可达200KVA，其具有如下特点：此UPS为双变换纯在线式工业级UPS，采用全桥逆变架构，内置输出隔离变压器，负载适用性广，抗冲击能力强；可无并联卡（柜）直接并机，并机可靠方便；可共享电池组，节省投资，提高电池利用率。DELTA NT UPS特性，能够很好的适应了工厂生产车间的负载特性和环境情况。

2.2 UPS供电方案

我们提出以下两种方案，供客户选择：

A、相对集中的共享电池组供电方案

B、分布式供电方案

2.2.1 相对集中的供电方案

一期产线的配电室内，增加一套UPS,将开关A104/A103/A201等后端的负载，全部切换到UPS来供电。即由一套NT200KVA UPS来供电，每套UPS由3台DELTA NT 200KVA UPS组成2+1并联供电系统，。电池组采用3台UPS共享电池组的方式。

二期产线，同样，由二套NT200KVA UPS来供电，每套UPS由3台DELTA NT 200KVA UPS组成2+1并联供电系统，。电池组采用3台UPS共享电池组的方式。

2.2.1.1 集中供电供电的难点

此方案的难点是，将负载切换到UPS来供电，需增加新的独立的交流母线，将原来的负载配电开关如：A103/A104/201和C104/C202/C203等切换的新的交流母线上，来实现产线负载整体切换到由UPS来供电。

增加新的独立交流母线，需将负载原来的配电开关脱离现有配电母线，然后独立建立新的母线排，然后在引线将UPS的输出接至此母线排。

当然，这些工作，需要贵单位，通过详细的计划，和细致的施工，是可以解决的。

2.2.1.2 方案原理图及方案依据

方案原理图：

此方案的依据：

1）若所有负载都由一套UPS系统供电的话，这样有个很大的风险：当这套UPS系统故障的话，所有负载都会受到影响。因此建采用相对集中的供电方案，即把二期产线负载分成两部分，即每部分功率约为400KVA。

2）每部分由3台DELTA NT 200KVA UPS并联供电，3台DELTA NT 200KVA UPS组成的2+1并机系统提供的总功率为600KVA，即充分利用了UPS的容量(UPS容量利用率可达80%)，又考虑了整个系统的可靠性，即，系统中，可允许一台故障，负载仍可正常运行。同时，也可满足最负载最大时的功率要求。

3）电池组采用3台UPS共享4组电池的方式，可大大降低方案成本，同时还提高了电池组的利用率（故障时），满足了整个生产线的电池供电延时时间。

2.2.1.3 多机并联共享电池组供电模式

多机并联共享电池组方案有多种供电模式，具有非常高的供电可靠性，为客户提高生产力提供了强有力的保证。

1）正常供电模式

当UPS处于并联模式时(容量、电压及频率必须相同)，输出负载由并联中的UPS平均分配。UPS并联中有UPS发生故障，若负载容量小于其它并联中UPS的总容量，则此故障之UPS输出会关闭，且负载由其它并联中的UPS 平均分配。若负载容量大于其它并联中UPS的总容量，则所有UPS的逆变器关闭，负载转由备用电源供电。

2）电池供电模式

UPS处于并联模式时，当交流市电无法正常供应电力时，例如：电压不稳定、突波、跳电或电力中断等电力异常现象，UPS会自动由正常供电模式转态至电池供电模式，在转态期间其输出电压无变化。

（3）备用电源供电模式

当逆变器遇到异常情况，如(1)温度过高 (2)超载时间过长 (3)输出短路 (4)输出电压异常 (5)电池放电终止时，逆变器会自动保护锁机，如此时备用电源供应正常，则所有UPS会自动转由备用电源供电，使负载供电不会中断。当逆变器异常状况排除后，UPS会自动由备用电源供电模式转态回正常供电模式。

（4）维护旁路模式

UPS需保养或维修时，此时在确定备用电源供电正常下，可用人工方式将其供电模式转态至维护旁路供电模式，在此供电状态下，可将UPS内部电源完全切除，除了端子座及”维护旁路”开关有高压以外，UPS内部没有高压，可进行UPS维护的动作。

2.2.1.4 台达 NT UPS 并机技术说明

台达 UPS采用独特的”分布式逻辑控制”方式, 以高速的微处理器运算为基础的数字化设计，独特热补偿运算控制的直接并机技术，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数字运算控制信号，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。

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, 完全排除单点故障的隐患.

2.2.1.5 方案配置清单

	UPS容量及配置	电池（延时5分钟）
一期产线	3台200KVA （UPS组成2+1并机系统）	100AH,116只（4组，每组29只，电池组由3台UPS共享
二期产线	3台200KVA （UPS组成2+1并机系统）	100AH,116只（4组，每组29只，电池组由3台UPS共享
二期产线	3台200KVA （UPS组成2+1并机系统）	100AH,116只（4组，每组29只，电池组由3台UPS共享

2.2.1.6 相对集中供电方案的优点

Ø 即兼顾了集中供电方便管理的好处，又分散了完全集中供电的风险；

Ø 此方案将一期、二期产线整体转换到了3套UPS上来供电，一劳永逸的解决了产

线供电的问题。能大大提高产线的生产率。

Ø 由于UPS设备安装在配电室，可以避免产线的油污对UPS造成的影响，可大大

提高UPS供电的可靠性的延长UPS寿命。

Ø 由于单台生产设备的冲击性和负载波动性都很大，必须配置容量余量较大的UPS，但在整个产线来看，由于负载不是同时达到最大值和同时启动，因此它们的波动和冲击等可以相互补充，这样，整个系统的UPS配置可以比单台配置UPS来的小很多，即整体UPS的配置容量会小很多，大大降低了UPS配置成本。

Ø 系统的容量即得到了充分的利用，同时又做到了2+1并机系统的高可靠性。3台

200KVA UPS并联提供了600KVA功率，既满足了负载容量的需求，特别是负载动态变化时容量的需求，又具有并机系统的高可靠性。因为：负载实际稳态总功率的一般为364KVA，正好不超过2+1并机系统冗余供电时最大带载量400KVA，即系统中即使有一台UPS故障，负载仍然可由另外2台UPS承担，负载正常工作不受影响，可靠性大大提高。

Ø 电池组采用共享的方式来实现，其好处是：

a．3台UPS共享电池组，节省购买电池的资金投资。

b.节省安装空间投资。
c.发挥电池的最大效能，提高电池利用率。对于传统的电池配置方案，一旦某台UPS坏掉，其它UPS电池的后备时间就会达不到要求。而对于共享电池组方案，一旦某台UPS坏掉，系统的后备时间也不会受到影响，因为电池不会跟着UPS失效而失效。

2.2.1.7 相对集中供电方案的缺点

Ø 由于是整体为产线采用UPS电力供电，可能有些目前看起来无需用UPS来保障

的生产设备，也占用了UPS资源。

2.3 分布式供电方案

即在产线上，为需要UPS供电的设备，配置足够容量的UPS。因为单台负载设备的启动冲击和负载波动性很大，必须采用足够余量的UPS，才能负载设备正常运转。

2.3.1 分散供电方案的优点

Ø 一台UPS对应一台生产设备，供电结构清晰明了，实现最简单；

Ø 负载最大化分散，UPS系统故障，最多只能影响到一设备；

2.3.2 此方案的缺点

Ø UPS单机运行，可靠性低；

Ø UPS直接安装在生产线上，受产线油污影响，工作可靠性和寿命会受到一定程度的影响。

Ø 设备多，管理难度大；

Ø 过载能力不如并机系统。

Ø 单机配置余量过大，此剩余的余量，其它UPS又无法利用，因此对比相对集中的供电方案，UPS容量利用率很低。

Ø 相对集中供电方案来讲，每台UPS都要单独配置电池，电池投入大，利用率低。

2.4 两种供电方案的可靠性分析

为了确保重要负载不会因为UPS、电池、内部模块系统等的故障造成断电等问题，在现有技术条件下，采用“N+1”型UPS冗余并机供电系统是消除这些故障较容易实现和较可靠供电方案。它是在确保各台UPS单机的逆变器输出电源处于同幅度、同频率和同相位的条件下(出现在各种UPS单机之间的“环流”等于零)，将“N+1”台具有相同输出功率的UPS单机的输出端置于并联输出状态来运行的供电系统。（见三台UPS并联共享电池组原理图）。

这种并机方案可靠性大大优于UPS的单机运行方式。采用冗余并机供电系统的可靠性体现在以下方面：
1）确保在有一台UPS出故障时，仍然能够为所有负载提供不间断的高可靠的电源。
2）冗余并机系统带来了负载用电的可靠性的显着提升，并使该类负载的供电可靠性达到 99.999%甚至更高。
3）在随着客户业务的增长，对负载设备进行扩容时，只需对现有的并机系统进行扩容即可，而无需新建一套新的UPS供电系统，从而为客户节省相应的成本，并依然保持该供电系统的高可靠性。

2.5 两种供电方案的优缺点比较

l 相比分布式供电方案，相对集中的供电方案优点是

Ø ：2+1并机供电，可靠性高；

Ø UPS型号单一，UPS数量少，方便管理和维护；

Ø 由于采用并机供电，过载能力强；

Ø 电池组共享，节省投资，充分利用电池；

l 相较分布式供电方案，相对集中供电方案的缺点是：

Ø 对UPS技术要求较高，一旦UPS系统故障，负载受影响面积大。

l 相对的，分布式供电方案的优点是：

Ø 供电结构简单，生产线线路改动较小；

Ø UPS故障时，受影响产线只有一条。

l 分布式供电方案的缺点是：

Ø 相比较集中式供电，分布式供电每条生产线配置的UPS都必须保留的余量只能独享，其它UPS不能利用，造成了UPS总体余量过大，容量浪费，进而造成整体拥有成本高过集中供电方案。

Ø 相比较集中供电方案，分布式供电方案中，每台UPS都必须单独配置电池组，其整体电池的数量大，成本较高。

三、方案总结

相对集中的供电方案，即降低了整体投入成本，又解决了分布式供电设备多，不容易管理和维护的缺点，同时可靠度也大大提高，解决了集中供电的风险大的缺点。在现今普遍较差的供电环境下，特别是在大型工厂、生产车间，采用基于DELTA NT UPS可靠、优化的集中供电方案，可为客户提升生产竞争力，为客户的生产线的不间断的运行可靠的动力保障。

方案总体概述：

一、 用户需求：