地鐵并機(jī)共用電池組優(yōu)化方案

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上地鐵并機(jī)共用電池組優(yōu)化方案Optimized Scheme of Connected Common Battery Pack for Subway鄭強(qiáng)，臺(tái)達(dá)公司UPS產(chǎn)品開發(fā)處Zhengqiang, UPS Product Development Department, Delta摘要：UPS電源系統(tǒng)是保障地鐵交通正常運(yùn)營的基礎(chǔ)設(shè)施之一。本文介紹了臺(tái)達(dá)UPS “1+1”并機(jī)共用電池組優(yōu)化方案以及應(yīng)用案例。關(guān)鍵詞：地鐵 UPS 共用電池組 Abstract: UPS power supply system is one of the infrastructure to

2、ensure the stable functioning of subway. This paper introduces Delta optimized scheme, UPS “1+1” connected common battery pack, and cases for its application.Key words: Subway, UPS, Common battery pack中圖分類號TN86 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號：1561-0349（2012）03-1 前言 地鐵因其占用土地和空間最少、運(yùn)輸能量最大、運(yùn)行速度最快、環(huán)境污染最小等優(yōu)勢而成為備受青睞的一種交通方式。隨

3、著我國經(jīng)濟(jì)的不斷持續(xù)增長以及國家對交通事業(yè)的巨大投入，城市地鐵建設(shè)就像滴在宣紙上的墨汁，正在大大小小的城市里迅速地發(fā)展。在地鐵工程建設(shè)各機(jī)電系統(tǒng)中（見圖1），需要采用交流不間斷電源設(shè)備（UPS）來保證安全和可靠運(yùn)行的功能系統(tǒng)主要有：通信系統(tǒng)、信號系統(tǒng)、綜合監(jiān)控系統(tǒng)（ISCS）、環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)（BAS）、自動(dòng)售檢票系統(tǒng)（AFC）、屏蔽門系統(tǒng)（ACS）、消防報(bào)警系統(tǒng)（FAS）等。能否確保它們長期安全和可靠地運(yùn)行，將會(huì)直接影響地鐵交通能否正常運(yùn)營，所以按一級負(fù)荷供電設(shè)計(jì)。然而，目前我國地鐵修建成本每公里約5億元，昂貴的修建成本同時(shí)制約了其機(jī)房各功能系統(tǒng)使用區(qū)域的面積。因此，作為保障關(guān)鍵負(fù)載安全和可靠運(yùn)

4、行的UPS電源系統(tǒng)而言，傳統(tǒng)的按用電設(shè)備所承擔(dān)的調(diào)控專業(yè)來進(jìn)行劃分，采用中、小功率UPS的分散供電設(shè)計(jì)方案。由于其可靠性低、占用面積大、管理及維護(hù)困難等種種原因，無法滿足近年來地鐵用戶對UPS電源系統(tǒng)高可靠性、便于擴(kuò)展、易于管理和節(jié)省空間的設(shè)計(jì)原則和要求。圖1 機(jī)電系統(tǒng)主要組成2 UPS供電系統(tǒng)發(fā)展趨勢UPS的供電方式可分為集中供電方式和分散供電方式兩種。集中供電方式，是指由一套大功率UPS向車站整個(gè)弱電系統(tǒng)負(fù)載提供應(yīng)急供電；分散供電方式，就是根據(jù)設(shè)備的需要分別配備適合的中、小功率UPS。在地鐵交通建設(shè)的早期階段，常采用由多臺(tái)中、小功率UPS分別帶不同系統(tǒng)專業(yè)負(fù)載的分散供電設(shè)計(jì)方案，比如：分別

5、為通信、信號、綜合監(jiān)控、門禁等系統(tǒng)配置獨(dú)立的UPS電源供電。然而，經(jīng)過長期的運(yùn)用實(shí)踐證明：與采用由多臺(tái)中、小功率UPS組成的分散式供電方案相比較，采用一套大功率UPS的集中供電方案，擁有明顯的技術(shù)優(yōu)勢和更佳的性價(jià)比。集中供電與分散供電比較見表1。表1  UPS集中供電與分散供電比較 供電方式中、小功率UPS分散式供電大功率UPS集中式供電管理/維護(hù)設(shè)備分散,管理維護(hù)困難集中管理,便于專人負(fù)責(zé)和維修可靠性可靠性低多種冗余設(shè)計(jì),可靠性較高M(jìn)TBF低高蓄電池利用蓄電池分散裕量,造成浪費(fèi)共用蓄電池,集中裕量,節(jié)約成本占地面積設(shè)備分散,占地面積大設(shè)備集中,占地面積小性能指標(biāo)技術(shù)含量低

6、,容易生產(chǎn),性能指標(biāo)一般技術(shù)含量高,設(shè)計(jì)嚴(yán)密,性能指標(biāo)較好采購成本高低表2是一地鐵線控制中心、車站及車輛段/停車場對UPS供電系統(tǒng)典型的配置要求。表2 地鐵UPS供電系統(tǒng)配置要求系統(tǒng)名稱車站控制中心車輛段/停車場后備時(shí)間通信(不含PIS)20kVA65kVA35kVA2小時(shí)PIS15kVA15kVA5kVA0.5小時(shí)ISCS15kVA2小時(shí)信號5kVA2小時(shí)AFC20kVA0.5小時(shí)FAS3kVA0.5小時(shí)BAS12kVA1小時(shí)ACS3kVA0.5小時(shí)合計(jì)93kVA80kVA40kVAUPS容量配置120kVA100kVA50kVA 由表2可知，不同系統(tǒng)的后備時(shí)間長短和輸出功率大小均是有差別的

7、。當(dāng)采用集中供電方案設(shè)計(jì)時(shí)，UPS的輸出配電柜必需設(shè)計(jì)為具備有分時(shí)控制輸出的智能型配電屏。根據(jù)不同系統(tǒng)對UPS供電的需要，采用工業(yè)級的PLC控制并執(zhí)行分時(shí)、自動(dòng)關(guān)斷操作，來達(dá)到對各系統(tǒng)“分時(shí)供電”的電源保護(hù)。圖2 “分時(shí)供電”智能型配電屏原理圖如圖2所示，每一個(gè)需要偵測實(shí)際功率的負(fù)載分路上都安裝一個(gè)功率偵測設(shè)備，并將偵測到的不同負(fù)載實(shí)際功率反饋給PLC。PLC則實(shí)時(shí)接受UPS上報(bào)來的實(shí)際電池組后備容量，并根據(jù)不同分路負(fù)載的實(shí)際后備時(shí)間需求及實(shí)際功率靈活調(diào)整其后備的時(shí)間，控制分路配電設(shè)備中的負(fù)載交流切離元件，實(shí)現(xiàn)后備時(shí)間根據(jù)應(yīng)用情況自由調(diào)整，達(dá)到電池供電時(shí)合理利用電池、分時(shí)送電的最佳效果。這種系

8、統(tǒng)控制方法能克服目前市面上常見的UPS電源的控制方法所帶來的控制缺陷，解決了電能浪費(fèi)的問題，達(dá)到最優(yōu)化利用電能的目的，最大限度地發(fā)揮UPS系統(tǒng)的供電性能，還可有效的優(yōu)化電池容量的配置、提高供電系統(tǒng)的可靠性、節(jié)省安裝空間。3 臺(tái)達(dá)UPS電源系統(tǒng)優(yōu)化方案介紹為提高供電系統(tǒng)的可靠性，UPS電源系統(tǒng)采用的“1+1”并機(jī)冗余運(yùn)行配置，可升級為UPS “1+1”并機(jī)共用電池組優(yōu)化方案，利用臺(tái)達(dá)NT系列UPS的并機(jī)技術(shù)和共用電池組功能，不需要增加對蓄電池的投資，可實(shí)現(xiàn)在市電供電中斷或單臺(tái)UPS故障條件下，能完全保障電源系統(tǒng)后備時(shí)間維持不變。3.1 并機(jī)系統(tǒng)共用電池組原理UPS“1+1”并機(jī)共用電池組方案原理

9、圖如圖3所示。圖3 UPS“1+1”并機(jī)共用電池組方案原理圖“1+1”并機(jī)冗余供電系統(tǒng)采用先進(jìn)的獨(dú)特并機(jī)技術(shù)，可在線直接并機(jī)，在UPS單機(jī)之間無需外加并機(jī)卡或并機(jī)柜，使系統(tǒng)的故障點(diǎn)減少，同時(shí)也減少了選購件投資；采用環(huán)路通訊電纜連接來傳遞實(shí)時(shí)信號，實(shí)現(xiàn)并機(jī)的“均流”控制，修正的分布式邏輯控制，使得并機(jī)系統(tǒng)中各臺(tái)UPS，均處于完全“平等”的調(diào)控狀態(tài)之中；采用獨(dú)特的同步相位調(diào)制法，每臺(tái)UPS能“智能”地將位于并機(jī)系統(tǒng)中的各臺(tái)UPS的同步跟蹤調(diào)整到最佳狀態(tài)（各臺(tái)之間的相位差幾乎為零）和實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)地調(diào)節(jié)所帶的負(fù)載百分比，實(shí)現(xiàn)高精度的均流和負(fù)載均分。另外，臺(tái)達(dá)NT系列UPS內(nèi)部主要元器件采用模塊化設(shè)計(jì)，減小

10、了平均修復(fù)時(shí)間（MTTR），使“1+1”并機(jī)冗余系統(tǒng)不僅有高可靠性，同時(shí)擁有很高的可用性。傳統(tǒng)的“1+1”并機(jī)冗余系統(tǒng)，不具備共用電池組功能，每臺(tái)UPS主機(jī)單獨(dú)配置蓄電池，當(dāng)“1+1”并機(jī)冗余供電系統(tǒng)中有一臺(tái)UPS故障時(shí)，系統(tǒng)斷電后放電時(shí)間將減少一半。采用共用電池組方案的并機(jī)系統(tǒng)，在一臺(tái)UPS故障時(shí)系統(tǒng)斷電后放電時(shí)間仍然維持不變?？蓪?shí)現(xiàn)在市電供電中斷或單臺(tái)UPS故障條件下，完全保障電源系統(tǒng)后備時(shí)間，提供用電設(shè)備安全可靠的電源保障。共用電池組功能是臺(tái)達(dá)NT系列UPS系列獨(dú)特的功能之一。3.2 UPS電源系統(tǒng)優(yōu)化方案的優(yōu)點(diǎn) 共用電池組方案優(yōu)點(diǎn)在不增加電池投資和安裝空間等條件受到限制時(shí)，共用電池組方

11、案具有獨(dú)到的優(yōu)越性。地鐵各車站、控制中心、車輛段及停車場的電池組部分配置無需變化，僅增加電池組配電箱，以利于方便維護(hù)。共用電池組方案具有的優(yōu)點(diǎn)如下： 在單臺(tái)UPS故障條件下，能完全保障電源系統(tǒng)后備時(shí)間； 不增加電池的投資，系統(tǒng)后備放電時(shí)間不變； 不增加電池安裝空間、承重方面的建設(shè)； 不增加電池運(yùn)營維護(hù)成本； 系統(tǒng)擴(kuò)容更加方便； 發(fā)揮電池的最大效能，提高電池利用率。 提高系統(tǒng)可靠性臺(tái)達(dá)NT系列UPS具有獨(dú)特的直接并機(jī)技術(shù)，擺脫了傳統(tǒng)的并機(jī)方案需要增加并機(jī)卡或并機(jī)柜的束縛?？梢灾苯硬C(jī)，消除了增加并機(jī)卡或并機(jī)柜給整個(gè)供電系統(tǒng)帶來的故障點(diǎn)，大大提高了供電系統(tǒng)的可靠性?！?+1”并機(jī)冗余供電系統(tǒng)，在正

12、常運(yùn)行中容忍一臺(tái)UPS故障，仍然能保證供電系統(tǒng)持續(xù)為負(fù)載提供不間斷電源，使系統(tǒng)的可靠性得到大幅度的提升。 增加系統(tǒng)安全性相比原UPS單機(jī)，“1+1”并機(jī)系統(tǒng)中的兩臺(tái)UPS輸出由并機(jī)中的UPS平均分配，各UPS分擔(dān)的負(fù)載減少了一半，可有效延長UPS的安全使用壽命；當(dāng)并機(jī)系統(tǒng)中的UPS有一臺(tái)發(fā)生故障，故障的UPS會(huì)迅速從并機(jī)系統(tǒng)中退出，保證負(fù)載的供電；設(shè)備維護(hù)時(shí)也可把任一臺(tái)機(jī)器脫離系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)，方便安全快捷，增加了供電系統(tǒng)安全性。臺(tái)達(dá)NT系列UPS還具備在線并機(jī)功能，并機(jī)時(shí)不需要對正在運(yùn)行的UPS停機(jī)或跳轉(zhuǎn)旁路，對系統(tǒng)擴(kuò)容和系統(tǒng)維護(hù)提供了不間斷的安全保障。 提升系統(tǒng)可用性可用性是衡量系統(tǒng)提供持續(xù)服

13、務(wù)的能力。評估一個(gè)系統(tǒng)可用性的兩大要素包括：平均無故障時(shí)間（MTBF）和平均修復(fù)時(shí)間（MTTR）。可用性（Availability）的計(jì)算公式如下： 參考臺(tái)達(dá)NT UPS系統(tǒng)，原單機(jī)MTBF為h，并機(jī)MTBF提高至h，MTTR為0.5h?？捎眯杂?jì)算結(jié)果是0.，可見可用性大大提高。 增強(qiáng)抗負(fù)載沖擊能力單機(jī)UPS容量是額定的，若負(fù)載出現(xiàn)尖峰電流超過單臺(tái)UPS的過載電流時(shí)，UPS將會(huì)轉(zhuǎn)旁路或出現(xiàn)故障；在“1+1”并機(jī)系統(tǒng)時(shí)，只有超過負(fù)載額定容量2倍時(shí)才會(huì)影響UPS系統(tǒng)是否轉(zhuǎn)旁路，相對而言，系統(tǒng)抗負(fù)載沖擊能力增強(qiáng)了1倍。4 昆明地鐵應(yīng)用案例昆明地鐵6號線各車站的綜合電源系統(tǒng)統(tǒng)一為專用通信系統(tǒng)、信號系統(tǒng)

14、、ISCS、AFC、FAS、BAS、ACS系統(tǒng)提供電源，UPS采用2臺(tái)NT120kVA“1+1”并機(jī)共用電池組方案。UPS電源系統(tǒng)按一級負(fù)荷供電，兩路獨(dú)立的三相交流電源經(jīng)交流切換箱（動(dòng)照專業(yè)提供）后接入U(xiǎn)PS，經(jīng)UPS輸出的“分時(shí)控制”智能配電屏分路后，分配給各交流供電的設(shè)備和高頻直流開關(guān)電源。開關(guān)電源輸出-48V電源分路后分配給需要直流供電的通信設(shè)備。UPS設(shè)備負(fù)責(zé)輸出純凈的穩(wěn)定、可靠的交流電源，UPS配備1套蓄電池組，“1+1”采用共用電池組方案，確保在交流電源停電時(shí)或任意一臺(tái)UPS故障時(shí)，備用蓄電池組為各子系統(tǒng)提供所需備用電源。UPS電源系統(tǒng)構(gòu)架圖如圖4所示。圖4 UPS電源系統(tǒng)構(gòu)架圖U

15、PS電源系統(tǒng)優(yōu)化方案應(yīng)用案例參考附錄。5 總結(jié)隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城市化進(jìn)程的推進(jìn)，發(fā)展安全、高效、舒適的地鐵交通已成為解決城市交通問題的重要手段。作為保障地鐵交通正常運(yùn)營的基礎(chǔ)設(shè)施之一的UPS電源系統(tǒng)，除了必須具備高安全、高可靠外，還應(yīng)該符合地鐵行業(yè)的特殊需求。然而，臺(tái)達(dá)電子集團(tuán)具有電力電子行業(yè)40余年的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、制造經(jīng)驗(yàn)，公司一如既往的不斷提升產(chǎn)品品質(zhì)，提升產(chǎn)品技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，了解客戶需求、提供超過客戶期許的解決方案。中達(dá)電通充分理解地鐵的運(yùn)營要求，利用強(qiáng)大的技術(shù)背景及項(xiàng)目實(shí)施經(jīng)驗(yàn)為地鐵客戶提供可靠的動(dòng)力集成化集中解決方案，不僅保證了地鐵運(yùn)行的可靠性與安全性，同時(shí)降低了設(shè)備運(yùn)營和維護(hù)的成本。附

16、錄UPS電源系統(tǒng)優(yōu)化方案應(yīng)用案例 上海地鐵1號線人民廣場站安全門系統(tǒng)GES-NT60K UPS 1+1并機(jī)系統(tǒng)，采用共用電池組優(yōu)化方案 上海地鐵1號線莘莊站安全門系統(tǒng)GES-NT30K UPS 1+1并機(jī)系統(tǒng)，采用共用電池組優(yōu)化方案 杭州地鐵1號線專用通信電源系統(tǒng)：GES-NT40K UPS 1+1并機(jī)系統(tǒng)，采用共用電池組優(yōu)化方案 成都地鐵1號線專用通信電源系統(tǒng)GES-NT40K UPS 1+1并機(jī)系統(tǒng)，采用共用電池組優(yōu)化方案 成都地鐵2號線專用通信電源系統(tǒng)GES-NT120K UPS 1+1并機(jī)系統(tǒng)，采用共用電池組優(yōu)化方案 沈陽地鐵2號線專用通信電源系統(tǒng)：GES-NT80K UPS 1+1并

17、機(jī)系統(tǒng)，采用共用電池組優(yōu)化方案 昆明地鐵6號線專用通信電源系統(tǒng)GES-NT120K UPS 1+1并機(jī)系統(tǒng)，采用共用電池組優(yōu)化方案魚知水恩，乃幸福之源也。魚離不開水，人離不開親人和朋友，當(dāng)你處于逆境和災(zāi)難時(shí)，幫助你一臂之力，渡過難關(guān)的人，都是你的親人和朋友。吃水不忘挖井人，度過苦難，不能忘記援助過你的人。知恩圖報(bào)，善莫大焉。一個(gè)人要想獲得幸福，必須懂得感恩。生活需要一顆感恩的心來創(chuàng)造， 一顆感恩的心需要生活來滋養(yǎng)。一飯之恩，當(dāng)永世不忘。順境里給你幫助的人，不能全部稱作朋友，但是能夠在你逆境時(shí)依然愿意援助你，走出困境的人，一定是你要用一生去感謝和珍惜的人。唐代李商隱的晚晴里有這樣一句詩：天意憐幽

18、草，人間重晚晴。久遭雨潦之苦的幽草，忽遇晚晴，得以沾沐余輝而平添生意。當(dāng)一個(gè)人闖過難關(guān)的時(shí)候，一定要記住那些支撐你，陪你一起走過厄運(yùn)的朋友和親人，這個(gè)世界誰也不虧欠誰，幫你是情分，不幫你是本分。如古人所說：淡看世事去如煙，銘記恩情存如血。學(xué)會(huì)感恩父母養(yǎng)育之恩，學(xué)會(huì)感恩朋友的幫助之情，生活里做一個(gè)有情有義的人。你要知道，父母，永遠(yuǎn)是你最親近的人，是最愛你的人，不管他們的方法怎么錯(cuò)誤？可是愛你的心，都是一樣的。千萬不要因?yàn)樽约阂粫r(shí)的私心，而忘記感恩。我們常常希望別人都對自己有情有義，可是想得到別人你真情，首先你必須先付出真情。你幫助別人，不要記在心里，別人幫助你，你要懂得感恩和感動(dòng)，而不是當(dāng)做理所當(dāng)然。你要知道別人幫你是情分，不幫你是本分。侍父母，要孝順，對朋友，要真誠。不管你生活的精彩或者混沌，孝順父母，頤養(yǎng)天年。一父養(yǎng)十子，十子養(yǎng)一父。在這個(gè)美好的時(shí)代，中華很多的美德都在逐漸消失，做子孝為天，但是總有一些人，自己活在天堂，硬生生的把父母扔進(jìn)地獄。魚知水恩，乃幸福之源也。魚離不開水，人離不開親人和朋友，當(dāng)你處于逆境和災(zāi)難時(shí)，幫助你一臂之力，渡過難關(guān)的