地铁并机共用电池组优化方案

1 前言

地铁因其占用土地和空间最少、运输能量最大、运行速度最快、环境污染最小等优势而成为备受青睐的一种交通方式。随着我国经济的不断持续增长以及国家对交通事业的巨大投入，城市地铁建设就像滴在宣纸上的墨汁，正在大大小小的城市里迅速地发展。 在地铁工程建设各机电系统中(见图1)，需要采用

图1 机电系统主要组成

2 UPS供电系统发展趋势

UPS的供电方式可分为集中供电方式和分散供电方式两种。集中供电方式，是指由一套大功率UPS向车站整个弱电系统负载提供应急供电;分散供电方式，就是根据设备的需要分别配备适合的中、小功率UPS。在地铁交通建设的早期阶段，常采用由多台中、小功率UPS分别带不同系统专业负载的分散供电设计方案，比如：分别为通信、信号、综合监控、门禁等系统配置独立的UPS电源供电。然而，经过长期的运用实践证明：与采用由多台中、小功率UPS组成的分散式供电方案相比较，采用一套大功率UPS的集中供电方案，拥有明显的技术优势和更佳的性价比。集中供电与分散供电比较见表1。

表1 UPS集中供电与分散供电比较

表2是一地铁线控制中心、车站及车辆段/停车场对UPS供电系统典型的配置要求。

表2 地铁UPS供电系统配置要求

由表2可知，不同系统的后备时间长短和输出功率大小均是有差别的。当采用集中供电方案设计时，UPS的输出配电柜必需设计为具备有分时控制输出的智能型配电屏。根据不同系统对UPS供电的需要，采用工业级的PLC控制并执行分时、自动关断操作，来达到对各系统“分时供电”的电源保护。

图2 “分时供电”智能型配电屏原理图

如图2所示，每一个需要侦测实际功率的负载分路上都安装一个功率侦测设备，并将侦测到的不同负载实际功率反馈给PLC。PLC则实时接受UPS上报来的实际电池组后备容量，并根据不同分路负载的实际后备时间需求及实际功率灵活调整其后备的时间，控制分路配电设备中的负载交流切离元件，实现后备时间根据应用情况自由调整，达到电池供电时合理利用电池、分时送电的最佳效果。这种系统控制方法能克服目前市面上常见的UPS电源的控制方法所带来的控制缺陷，解决了电能浪费的问题，达到最优化利用电能的目的，最大限度地发挥UPS系统的供电性能，还可有效的优化电池容量的配置、提高供电系统的可靠性、节省安装空间。

3 台达UPS电源系统优化方案介绍

为提高供电系统的可靠性，UPS电源系统采用的“1+1”并机冗余运行配置，可升级为UPS “1+1”并机共用电池组优化方案，利用台达NT系列UPS的并机技术和共用电池组功能，不需要增加对蓄电池的投资，可实现在市电供电中断或单台UPS故障条件下，能完全保障电源系统后备时间维持不变。

3.1 并机系统共用电池组原理

UPS“1+1”并机共用电池组方案原理图如图3所示。

图3 UPS“1+1”并机共用电池组方案原理图

“1+1”并机冗余供电系统采用先进的独特并机技术，可在线直接并机，在UPS单机之间无需外加并机卡或并机柜，使系统的故障点减少，同时也减少了选购件投资;采用环路通讯电缆连接来传递实时信号，实现并机的“均流”控制，修正的分布式逻辑控制，使得并机系统中各台UPS，均处于完全“平等”的调控状态之中;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的同步跟踪调整到最佳状态(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，实现高精度的均流和负载均分。另外，台达NT系列UPS内部主要元器件采用模块化设计，减小了平均修复时间(MTTR)，使“1+1”并机冗余系统不仅有高可靠性，同时拥有很高的可用性。

传统的“1+1”并机冗余系统，不具备共用电池组功能，每台UPS主机单独配置蓄电池，当“1+1”并机冗余供电系统中有一台UPS故障时，系统断电后放电时间将减少一半。采用共用电池组方案的并机系统，在一台UPS故障时系统断电后放电时间仍然维持不变。可实现在市电供电中断或单台UPS故障条件下，完全保障电源系统后备时间，提供用电设备安全可靠的电源保障。共用电池组功能是台达NT系列UPS系列独特的功能之一。

3.2 UPS电源系统优化方案的优点

⑴ 共用电池组方案优点

在不增加电池投资和安装空间等条件受到限制时，共用电池组方案具有独到的优越性。地铁各车站、控制中心、车辆段及停车场的电池组部分配置无需变化，仅增加电池组配电箱，以利于方便维护。

共用电池组方案具有的优点如下：

① 在单台UPS故障条件下，