引言：
隨著企業生產現代化水平不斷提高，訂單式生產的時間性要求越來越高，企業間的競爭日益加劇，訂單交貨的準時性、產品質量的良品率、生產成本的不斷降低等等對企業的競爭力要求越來越高。于此同時，國際、國內能源的緊缺，供電環境及供電質量卻日益惡劣，而用電設備對于供電電網的質量要求也越來越高。這就使很多企業日益將UPS應用到生產在線，以提高生產力來應對日趨激烈的競爭。下面以某大型現代化生產企業生產線UPS電力解決方案為例，介紹DELTA NT UPS在大型生產供電的動力解決方案。
本次UPS供電系統建設主要是為中山緯創資通工廠產線生產設備供電，因產線幾秒鐘的斷電也會讓用戶蒙受很大的損失，因此客戶希望采用UPS來為產線保駕護航，提高產線供電系統的可靠性。
一、 用戶需求分析
通過與企業自動插件生產線部門溝通，得知客戶生產線的設備主要為SMT機，產線主要為某國際公司生產游戲機。產線單條容量最大為25KVA,共有22條生產線，總容量即為：25KVA*22=550KVA。根據客戶初期的規劃，打算為每臺生產線配置一臺UPS 50KVA的ups，即分布式供電方案。主要考慮的因素是，風險相對較小，即使UPS損壞，也僅僅影響一條產線的生產。另外，客戶以前也是這樣配置的，已經形成了固有模式。我們總結客戶的需求特點為以下兩條：
1）要為多條產線提高供電保障，并且希望供電可靠度有一定保證，降低風險；
2）預算有限，花最少的錢，辦最大的事。
二、 UPS電源供電方案
基于以上客戶需求分析，我們為客戶定制了如下解決方案。此方案的出發點，主要是從降低整體成本、提高供電可靠性方面著手。
2.1UPS容量的確定及選型
1）根據以往經驗，在正常生產中產線設備的實際功率約為標稱值的60%左右。即以上負載實際使用時負載量約為550*60%≈330KW。我們以此負載量來配置UPS，做到為客戶配置合適、夠用的UPS，盡量避免UPS容量配置過大，造成浪費和成本的提升。
2）UPS的容量選擇主要是由負載的大小,負載的特性以及預留容量的大小來確定的.通常的計算公式是:UPS容量=
首先,UPS的容量必須大于所帶負載的總容量;
其次,不同特性的負載對UPS的容量要求也不同.如負載接近電阻特性,輸入功率因子大于UPS的輸出功率因子(一般為0.7-0.8),則按 UPS的輸出功率因子來計算;如負載的輸入功率因子小于UPS的輸出功率因子,則按負載的輸入功率因子來計算.
第三,為保證UPS長期穩定地運行,負載容量一般不超過UPS容量的80%, 并且新裝UPS一般還要留出一定的負載擴容余量.
3）根據上面的分析及計算公式，我們建議配置的UPS總容量應為：330KW÷0.8÷0.8≈520KVA ；
（說明：第一個0.8為UPS輸出功率因子，第二0.8為UPS預留容量和超載、負載量變化時考慮的最佳帶載量。）
故，UPS的總容量應該為考慮為600KVA。
因此，建議使用DELTA NT UPS并聯冗余系統，其容量范圍為20-3200KVA，其是專門設計用在大型工礦企業。采用全橋逆變架構和內置輸出隔離變壓器，負載適應性最強，超載能力突出，設備技術成熟，性能穩定可靠，運行效率高。最適合為企業的大型生產線穩定運行提供可靠保障。
2.2供電解決方案的分析及選擇
2.2.1 方案一 分散的供電方案
每條生產線由一臺NT 50KVA UPS來供電（留有余量）。此供電方案優點是：每條生產線各由一臺UPS承擔，即使一臺UPS故障，也不會導致所有的負載得不到保護。缺點是：
1）22臺50KVA UPS的總成本高于方案二，整體擁有成本最高。
2）每臺UPS都留有余量但并不一定每條生產線以后都會加設備，而且，這些余量，只有這條產線才能利用，其它產線無法利用，這樣就造成一定程度的UPS余量資源浪費。
3）設備眾多，管理、維護工作繁雜，造成后期使用、管理成本增大。
4）所有產線都由單臺UPS供電，系統供電可靠性低。
2.2.2 方案二 2+1機并聯冗余共享電池組的集中供電方案
這是一種優化的供電方案，既大大提高了系統供電的可靠性，而且也可以充分的利用現有的資源，最大化的節約成本。這種方案是由3臺NT 320KVA UPS組成并聯供電系統，電池組采用共享的方式。見下圖。此供電方案的好處是：
1）供電可靠性大大提高。3臺UPS并聯工作，共同承擔負載，給系統供電。即使一臺UPS損壞，負載還可正常工作，繼續受到另外兩臺UPS的保護。
2）3臺UPS共享電池組，可大大降低用戶成本，且電池也不會因為UPS損壞而不能利用，大大提高了電池的利用率。
3）比分散式供電方案（采用22臺UPS來供電）的成本要低很多。
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（三臺UPS并聯共享電池組原理圖）
三、 UPS分布式供電方案與集中供電方案的比較分析
3.1 可靠性
為了確保重要負載不會因為UPS、電池、內部模塊系統等的故障造成斷電等問題，在現有技術條件下，采用“N+1”型UPS冗余并機供電系統是消除這些故障較容易實現和較可靠供電方案。它是在確保各臺UPS單機的逆變器輸出電源處于同幅度、同頻率和同相位的條件下(出現在各種UPS單機之間的“環流”等于零)，將“N+1”臺具有相同輸出功率的UPS單機的輸出端置于并聯輸出狀態來運行的供電系統。（見三臺UPS并聯共享電池組原理圖）。
這種并機方案大大優于UPS的單機運行方式。采用冗余并機供電系統的可靠性體現在以下方面：
1）確保在有一臺UPS出故障時，仍然能夠為所有負載提供不間斷的高可靠的電源。
2）冗余并機系統帶來了負載用電的可靠性的顯著提升，并使該類負載的供電可靠性達到 99.999%甚至更高。
3）在隨著客戶業務的增長，對負載設備進行擴容時，只需對現有的并機系統進行擴容即可，而無需新建一套新的UPS供電系統，從而為客戶節省相應的成本，并依然保持該供電系統的高可靠性。
1）確保在有一臺UPS出故障時，仍然能夠為所有負載提供不間斷的高可靠的電源。
2）冗余并機系統帶來了負載用電的可靠性的顯著提升，并使該類負載的供電可靠性達到 99.999%甚至更高。
3）在隨著客戶業務的增長，對負載設備進行擴容時，只需對現有的并機系統進行擴容即可，而無需新建一套新的UPS供電系統，從而為客戶節省相應的成本，并依然保持該供電系統的高可靠性。
3.2 優劣分析比較表
就本次的UPS需求來看,集中供電還有如下優點（見表格），22條生產線， 若每條產線采用一臺UPS供電，則需要22臺50KVA UPS。若采用DELTA UPS集中供電方案，需要3臺320KVA UPS供電。
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序號 |
項目 |
22臺50KVAUPS供電方案 |
3臺320KVAUPS共享電池組供電方案 |
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1 |
可靠性 |
單機供電，可靠性低 |
并聯冗余供電，可靠性是單機供電的2倍以上 |
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2 |
維護管理 |
管理者面對22臺UPS，維護量大，管理成本高 |
只有3臺UPS, 維護、管理成本低，可更專注于產線生產 |
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3 |
容量利用率 |
總容量為22*60KVA,實際總容量高。因冗余容量分散到了每條產在線，導致利用率低，每臺UPS的剩余容量只能被一條產線利用，其它產線無法利用。且每條產線容量固定，當此產線擴容時，容量又可能不足。 |
實際總容量為3*320KVA，小于22*60KVA,容量利用率高。冗余的容量可被所有產線利用。功率需求小的產線，可把剩余容量讓給功率需求大的產線利用。并且還可把剩余容量集中起來，提供系統冗余。，供電可靠性提高。 |
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4 |
擴容方便性 |
分散供電，擴容受限制，且擴容的容量，只能被一條產線利用 |
并機共享電池，擴容時無需增加電池，集中供電，擴容方便 |
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5 |
電池顆數 |
22臺UPS，至少需要22*30顆電池，（假設每臺UPS 30顆電池），電池數量越多，電池故障機率越高。 |
3臺UPS共享電池，電池數量在保證延時的集成上，可盡量的降低，最低只需60顆電池，電池維護成本、購置成本、損壞機率等都會大大降低 |
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6 |
發熱量 |
假設一臺UPS的效率為92%，則22臺UPS的發熱量為60*（1-92%）*22=105。總發熱量大，電費高，增加空調投資及費用。 |
同樣，3臺UPS的發熱量為：320*（1-92%）*3=76.8,遠低于105。節省電費，介紹空調費用。 |
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7 |
占地面積 |
每臺UPS除了自身的尺寸外，還需要預留安裝空間，假設，預留的安裝空間為左右各300mm，前后各500mm，則每臺UPS安裝預留的空間為600mm*1000mm=0.6平方米，22臺ups，則需要22*0.6，電池也以一臺UPS計算，則不算UPS及電池自身空間，光預留安裝空間就需44*0.6=28.4平方米，對其它設備來講，這些空間全部浪費，不能利用。 |
顯然，采用3臺UPS，無需預留大量的安裝空間，占地面積大大減小，空間利用率大大提高。節省寶貴的廠房用地。 |
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8 |
電池組利用率 |
每臺UPS單獨使用電池，若此UPS損壞，即使電池正常，電池組也不能利用。 |
電池組采用共享的方式，UPS損壞，電池組還能被其它UPS利用，電池組利用率大大提高，整體延時時間得到根本保證。 |
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9 |
整體擁有成本 |
22*（50KVA UPS單價+電池單價*30）---高 |
3*（320KVA UPS單價+電池單價*30）---低 |
備注：電池以每臺UPS配置30顆電池計算。
小結：通過以上分析，不難看出，集中供電解決方案更符合客戶需求，即為客戶解決了可靠性問題，有使客戶整體擁有成本降低，因此，我們推薦集中供電方案給客戶。
3.3 多機并聯共享電池組供電模式
多機并聯共享電池組方案有多種供電模式，具有非常高的供電可靠性，為客戶提高生產力提供了強有力的保證。
1）正常供電模式
當UPS處于并聯模式時(容量、電壓及頻率必須相同)，輸出負載由并聯中的UPS平均分配。UPS并聯中有UPS發生故障，若負載容量小于其它并聯中UPS的總容量，則此故障之UPS輸出會關閉，且負載由其它并聯中的UPS 平均分配。若負載容量大于其它并聯中UPS的總容量，則所有UPS的逆變器關閉，負載轉由備用電源供電。
2）電池供電模式
UPS處于并聯模式時，當交流市電無法正常供應電力時，例如：電壓不穩定、突波、跳電或電力中斷等電力異常現象，UPS會自動由正常供電模式轉態至電池供電模式，在轉態期間其輸出電壓無變化。
（3）備用電源供電模式
當逆變器遇到異常情況，如(1)溫度過高 (2)超載時間過長 (3)輸出短路 (4)輸出電壓異常 (5)電池放電終止時，逆變器會自動保護鎖機，如此時備用電源供應正常，則所有UPS會自動轉由備用電源供電，使負載供電不會中斷。當逆變器異常狀況排除后，UPS會自動由備用電源供電模式轉態回正常供電模式。
（4）維護旁路模式
UPS需保養或維修時，此時在確定備用電源供電正常下，可用人工方式將其供電模式轉態至維護旁路供電模式，在此供電狀態下，可將UPS內部電源完全切除，除了端子座及”維護旁路”開關有高壓以外，UPS內部沒有高壓，可進行UPS維護的動作。
四、 總結
集中供電方案，即降低了整體擁有成本，又解決了分布式供電設備多，不容易管理和維護的缺點，同時可靠度也大大提高，解決了客戶擔心的集中供電的風險大的缺點。
DELTA UPS致力于為客戶提供高可靠的動力保障解決方案，以期為客戶解決因電力情況而帶來的損失，從而達到為客戶提升競爭力的目的。從本案例我們看到，DELTA 為客戶打造的大容量并聯UPS共享電池方案，非常適合在大型工廠應用，特別是為具有多條產線的工廠、車間提供動力保障。■
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來源：中達電通
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