地鐵并機共用電池組優(yōu)化方案

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上地鐵并機共用電池組優(yōu)化方案Optimized Scheme of Connected Common Battery Pack for Subway鄭強，臺達公司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營的基礎(chǔ)設(shè)施之一。本文介紹了臺達UPS “1+1”并機共用電池組優(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 文獻標識碼 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、運輸能量最大、運行速度最快、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）、自動售檢票系統(tǒng)（AFC）、屏蔽門系統(tǒng)（ACS）、消防報警系統(tǒng)（FAS）等。能否確保它們長期安全和可靠地運行，將會直接影響地鐵交通能否正常運營，所以按一級負荷供電設(shè)計。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制約了其機房各功能系統(tǒng)使用區(qū)域的面積。因此，作為保障關(guān)鍵負載安全和可靠運

4、行的UPS電源系統(tǒng)而言，傳統(tǒng)的按用電設(shè)備所承擔的調(diào)控專業(yè)來進行劃分，采用中、小功率UPS的分散供電設(shè)計方案。由于其可靠性低、占用面積大、管理及維護困難等種種原因，無法滿足近年來地鐵用戶對UPS電源系統(tǒng)高可靠性、便于擴展、易于管理和節(jié)省空間的設(shè)計原則和要求。圖1 機電系統(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向車站整個弱電系統(tǒng)負載提供應(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，常采用由多臺中、小功率UPS分別帶不同系統(tǒng)專業(yè)負載的分散供電設(shè)計方案，比如：分別

5、為通信、信號、綜合監(jiān)控、門禁等系統(tǒng)配置獨立的UPS電源供電。然而，經(jīng)過長期的運用實踐證明：與采用由多臺中、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/維護設(shè)備分散,管理維護困難集中管理,便于專人負責和維修可靠性可靠性低多種冗余設(shè)計,可靠性較高MTBF低高蓄電池利用蓄電池分散裕量,造成浪費共用蓄電池,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技術(shù)含量低

6、,容易生產(chǎn),性能指標一般技術(shù)含量高,設(shè)計嚴密,性能指標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/停車場后備時間通信(不含PIS)20kVA65kVA35kVA2小時PIS15kVA15kVA5kVA0.5小時ISCS15kVA2小時信號5kVA2小時AFC20kVA0.5小時FAS3kVA0.5小時BAS12kVA1小時ACS3kVA0.5小時合計93kVA80kVA40kVAUPS容量配置120kVA100kVA50kVA 由表2可知，不同系統(tǒng)的后備時間長短和輸出功率大小均是有差別的

7、。當采用集中供電方案設(shè)計時，UPS的輸出配電柜必需設(shè)計為具備有分時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、自動關(guān)斷操作，來達到對各系統(tǒng)“分時供電”的電源保護。圖2 “分時供電”智能型配電屏原理圖如圖2所示，每一個需要偵測實際功率的負載分路上都安裝一個功率偵測設(shè)備，并將偵測到的不同負載實際功率反饋給PLC。PLC則實時接受UPS上報來的實際電池組后備容量，并根據(jù)不同分路負載的實際后備時間需求及實際功率靈活調(diào)整其后備的時間，控制分路配電設(shè)備中的負載交流切離元件，實現(xiàn)后備時間根據(jù)應(yīng)用情況自由調(diào)整，達到電池供電時合理利用電池、分時送電的最佳效果。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，解決了電能浪費的問題，達到最優(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 臺達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”并機冗余運行配置，可升級為UPS “1+1”并機共用電池組優(yōu)化方案，利用臺達NT系列UPS的并機技術(shù)和共用電池組功能，不需要增加對蓄電池的投資，可實現(xiàn)在市電供電中斷或單臺UPS故障條件下，能完全保障電源系統(tǒng)后備時間維持不變。3.1 并機系統(tǒng)共用電池組原理UPS“1+1”并機共用電池組方案原理

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

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

11、案具有獨到的優(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。共用電池組方案具有的優(yōu)點如下： 在單臺UPS故障條件下，能完全保障電源系統(tǒng)后備時間； 不增加電池的投資，系統(tǒng)后備放電時間不變； 不增加電池安裝空間、承重方面的建設(shè)； 不增加電池運營維護成本； 系統(tǒng)擴容更加方便； 發(fā)揮電池的最大效能，提高電池利用率。 提高系統(tǒng)可靠性臺達NT系列UPS具有獨特的直接并機技術(shù)，擺脫了傳統(tǒng)的并機方案需要增加并機卡或并機柜的束縛?？梢灾苯硬C，消除了增加并機卡或并機柜給整個供電系統(tǒng)帶來的故障點，大大提高了供電系統(tǒng)的可靠性?！?+1”并機冗余供電系統(tǒng)，在正

12、常運行中容忍一臺UPS故障，仍然能保證供電系統(tǒng)持續(xù)為負載提供不間斷電源，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，“1+1”并機系統(tǒng)中的兩臺UPS輸出由并機中的UPS平均分配，各UPS分擔的負載減少了一半，可有效延長UPS的安全使用壽命；當并機系統(tǒng)中的UPS有一臺發(fā)生故障，故障的UPS會迅速從并機系統(tǒng)中退出，保證負載的供電；設(shè)備維護時也可把任一臺機器脫離系統(tǒng)進行維護，方便安全快捷，增加了供電系統(tǒng)安全性。臺達NT系列UPS還具備在線并機功能，并機時不需要對正在運行的UPS停機或跳轉(zhuǎn)旁路，對系統(tǒng)擴容和系統(tǒng)維護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。評估一個系統(tǒng)可用性的兩大要素包括：平均無故障時間（MTBF）和平均修復(fù)時間（MTTR）?？捎眯裕ˋvailability）的計算公式如下： 參考臺達NT UPS系統(tǒng)，原單機MTBF為h，并機MTBF提高至h，MTTR為0.5h。可用性計算結(jié)果是0.，可見可用性大大提高。 增強抗負載沖擊能力單機UPS容量是額定的，若負載出現(xiàn)尖峰電流超過單臺UPS的過載電流時，UPS將會轉(zhuǎn)旁路或出現(xiàn)故障；在“1+1”并機系統(tǒng)時，只有超過負載額定容量2倍時才會影響UPS系統(tǒng)是否轉(zhuǎn)旁路，相對而言，系統(tǒng)抗負載沖擊能力增強了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NT120kVA“1+1”并機共用電池組方案。UPS電源系統(tǒng)按一級負荷供電，兩路獨立的三相交流電源經(jīng)交流切換箱（動照專業(yè)提供）后接入UPS，經(jīng)UPS輸出的“分時控制”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)備負責輸出純凈的穩(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或任意一臺UPS故障時，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)濟的發(fā)展和城市化進程的推進，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，臺達電子集團具有電力電子行業(yè)40余年的設(shè)計、生產(chǎn)、制造經(jīng)驗，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)標準，了解客戶需求、提供超過客戶期許的解決方案。中達電通充分理解地鐵的運營要求，利用強大的技術(shù)背景及項目實施經(jīng)驗為地鐵客戶提供可靠的動力集成化集中解決方案，不僅保證了地鐵運行的可靠性與安全性，同時降低了設(shè)備運營和維護的成本。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，當你處于逆境和災(zāi)難時，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，善莫大焉。一個人要想獲得幸福，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。當一個人闖過難關(guān)的時候，一定要記住那些支撐你，陪你一起走過厄運的朋友和親人，這個世界誰也不虧欠誰，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)會感恩父母養(yǎng)育之恩，學(xué)會感恩朋友的幫助之情，生活里做一個有情有義的人。你要知道，父母，永遠是你最親近的人，是最愛你的人，不管他們的方法怎么錯誤？可是愛你的心，都是一樣的。千萬不要因為自己一時的私心，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，而不是當做理所當然。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。在這個美好的時代，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，當你處于逆境和災(zāi)難時，幫助你一臂之力，渡過難關(guān)的