不间断电源共享电池组方案的优越性与实施关键

摘要：  所谓共享电池组方案就是指两台或者多台UPS主机同时利用一组或者多组电池的解决方案。市电正常时，各UPS同时给电池组充电，市电异常或者中断时，各UPS又同时利用电池组的能量逆变成交流电供给负载。

关键字：  共享电池组，  UPS，  电池，  解决方案

一、引言

为了提高系统可靠度，现在的机房多采用N+X并联冗余或者双母线的UPS配置方案。以往的方案中UPS主机的数量多了，而电池的数量也往往跟着成比例的增加，从而使花于电池的金钱、空间、承重、维护等各方面的投资加大，有时甚至是UPS主机的几倍。那么有没有一种方案在系统后备时间不受或者少受影响的情况下少配电池呢?有没有一种方案在UPS主机冗余的情况下而不要求电池组一定跟着冗余呢? 有，共享电池组就是一个很好的解决方案。

二、共享电池组方案的理论基础及其优越性

所谓共享电池组方案就是指两台或者多台UPS主机同时利用一组或者多组电池的解决方案。市电正常时，各UPS同时给电池组充电，市电异常或者中断时，各UPS又同时利用电池组的能量逆变成交流电供给负载。

共享电池组方案的系统架构在N+X并联冗余或者双母线的配置系统中，UPS主机一定有冗余，如：2+1并联系统中，冗余量占总容量的33%，1+1并联系统中，冗余量占总容量的50%，1+2并联系统中，冗余量占总容量的67%，在双母线系统中冗余量至少占总容量的50%等等。按照常规的电池配置方法，每台UPS主机配带各自的电池组，如果UPS主机因故不能逆变，它所配带的电池组也就跟着作废了，尽管电池没有故障。所以UPS主机冗余，电池也要跟着冗余，主机冗余量占UPS总容量的百分之几，电池冗余量也要跟着占电池总容量的百分之几，只有这样才能使系统后备时间不受影响，达到真正冗余的效果。换个思路考虑，当某台UPS主机发生故障时，如果将它所配带的电池转移给其它正常的UPS使用，那么系统配置的电池不就没必要冗余了吗?整个系统的后备时间不是同样不受影响吗?这正是共享电池组方案的理论基础。

共享电池组方案具有以下优点：

1.节省购买电池的资金投资

系统冗余量占系统总容量的百分之几，就能节省电池总投资的百分之几。在电池价格飞涨的今天，能够节省的这笔费用是相当可观的。同时，电池数量减少了，相应的搬运、安装等投资也会跟着减少。

2.节省安装空间投资

大批量的电池所占用的安装空间也是很大的，减少了电池数量，也就成比例地减少了安装空间方面的投资。同时也就减少了房租、装修费、空调配置等方面的投资。

3.节省承重方面的投资

电池组是很重的，为了解决楼层承重问题，一般会扩大电池的放置面积或者制做承重支架。如果减少了电池数量，这方面的投资就会相应地省去。

4.节省运营成本投资

电池数量少了，系统本身以及房间空调所消耗的电能也就少了，需要投入的维护成本也少了，同时还会更加环保。

5.系统扩容比较方便

对于共享电池组的UPS系统，日后扩容时可以不增加电池，如果现有电池组的后备时间还够用，直接增加UPS主机就行了。扩容会变得非常简单、方便、节省资金。

6.发挥电池的最大效能，提高电池利用率

电池是需要维护的，如果长期不放电就会失去活性。对于传统的电池配置方案，由于电池数量较多，停电后电池会小电流放电，电池容量可能还没有放掉多少市电就已经恢复。这种小电流的浅度放电对电池是没有好处的，久而久之电池性能就会下降，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，由于电池数量相对较少，停电后电池的放电电流就会比较大，电池容量也可以放的比较多，这样有利于提高电池的活性，延长电池寿命。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实效而失效。从上面的分析可以看出共享电池组方案具有很多的优点，尤其是在投资、承重、安装空间等条件受到限制时，这一方案更显示出它的优越性。

三、共享电池组方案需要解决的几个问题

既然共享电池组方案具有诸多的优点，为什么还没有被普遍的应用呢?为什么很多厂商平时宣扬自己的UPS具有共享电池组功能，而实际应用时却又不敢建议客户使用呢?这是因为并不是每一款UPS都可以共享电池组，共享电池组需要一定的技术支持。

对于共享电池组方案，大家比较关心的问题主要有以下几个：

1.直流母排直接相连，各台UPS的整流器会不会受影响?直流母排的电压稳定度能否保证?直流母排的电压涟波是否够小?

2.各台UPS对电池的均浮充是如何处理的?

3.共享电池组时“电池在线测试”功能是否还能使用?

4.若其中1台UPS的整流器故障，各台UPS将如何动作?

5.若其中1台UPS的逆变器故障，各台UPS将如何动作?

6.如果共享的电池组部分出现故障，例如短路时，各台UPS如何自我保护?

这些问题直接关系到整个系统的安全性和稳定性，非常重要，不同的厂家处理方式也不一样，所以选择共享电池组方案时一定要选择技术实力雄厚，制造经验丰富的UPS厂商台达NT系列UPS的共享电池组解决方案。台达NT系列UPS可以多机共享电池组，在串联、并联、双母线架构下都可以采用。目前，在上海铁路局调度控制中心有两台30KVA的UPS共享电池组在正常运行;在九江电信有两台320KVA的UPS共享电池组在正常运行;在山东省委机要局有两台40KVA的UPS共享电池组在正常运行;在山东电视台有两台30KVA的UPS共享电池组在正常运行;在鹰潭电信有三台40KVA的UPS共享电池组在正常运行等等，这些案例从来没有因为共享电池组而发生过故障。在台达的UPS生产线上也都是采用共享电池组方式测试并联机器的。所以说台达UPS在共享电池组方面的技术还是相当可靠的，经验还是非常丰富的。

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四、台达NT系列UPS主要是这样处理以上几个问题的：

对于问题1：各台UPS的直流母排相连后，整流器的工作其实是基本不受影响的，因为各整流器的SCR开度受各自驱动信号的控制，跟直流母排是否相连没有关系，只要直流电压的反馈信号准确及时，驱动信号正确无误，SCR的工作也就不会受到影响。所以，12脉冲整流器、18脉冲整流器都能够安全稳定的运行，甚至开关电源的几十个整流模块都可以直接并联起来安全运行。

更深一步去看，如果控制的好，整流器并联后不但没有坏处而且还有好处，因为它们可以相互抵消一些低次谐波，使直流电压涟波更小，直流电压更加稳定。

台达NT系列UPS的整流器每台都由一片专门的CPU来控制，采集信号准确及时，驱动信号正确无误，抗*能力强。UPS还具有自动均流功能，不但能保证每台UPS的三相输入电流一致，而且还能调控各并联UPS的整流器之间的电流相差不能太大，否则电流大的UPS就会限流保护，以提高整个系统的安全性。台达NT系列UPS不论单机运行还是共享电池组，其直流电压稳定度都能达到<±1%。

对于问题2：台达NT系列UPS可以根据电池容量大小和负载需要在操作面板上设定电池容量、均/浮充电压、充电电流、电池低电压告警点、电池截止电压点等参数。如果共用电池组，则将操作面板上的“共用电池组”设定为“YES”，同时电池容量和充电电流两个参数设定为电池需要数值的1/N(N为主机数量)。

市电停电后，各台UPS开始放电，再来电时，如果电池电压低于均充电压点，则各台UPS同时启动均充功能，当达到截止电压点或者截止时间时，各台UPS同时转为浮充。在正常运行时，如果人为启动单台UPS的均充功能，则该台UPS最大以设定的充电电流进行均充，达到时间后自动转为浮充，不会对系统造成影响。

对于问题3：台达NT系列UPS共用电池组时，“电池在线测试”功能无效，因为此时单台检测“电池”是没有意义的。根据需要，也可以修改软件，当启动其中一台UPS的“电池在线测试”功能时，让各台UPS同时动作。对于问题4：在运行过程中，如果一台UPS的整流器故障了，则故障机会告警，并转到电池工作状态，直到电池组电压降到330V时，锁机保护(正常UPS的电池保护锁机电压一般为300V)。其它的UPS会一直工作在正常工作状态，最大以设定的充电电流对电池进行充电。如果整流器损坏严重，甚至短路，则故障机整流器跟直流母排之间相连的保险丝会迅速熔断，不让单个故障点影响整个系统。

对于问题5：在运行过程中，如果一台UPS的逆变器故障了，则故障机会告警，对于并联系统，故障UPS会锁闭输出，负载由另外的UPS承担。如果另外的UPS超载，则所有的UPS同时转到旁路工作状态，继续给负载供电。对于串联或者双母线系统，故障UPS会直接转到旁路工作状态，继续给负载供电。如果逆变器损坏严重，甚至短路，则故障机逆变器跟直流母排之间相连的保险丝会迅速熔断，不让单个故障点影响整个系统。

对于问题6：台达NT系列UPS的电池组跟直流母排之间有电磁接触器和保险丝保护，当UPS侦测到电池组漏液、电池极性接反、电池电压过低等问题时，电磁接触器将不吸合，当电池组短路时，会有保险丝迅速熔断，以保护整个系统。

五.实施共享电池组方案需要注意的问题

采用共享电池组方案时需要注意以下两点：1.尽量避免只共用一组电池。因为这样存在单点故障，一旦这一组电池发生故障，则所有UPS都没有电池可用，如果此时市电停电，整个系统就会停掉。根据经验，最好是选用2-5组电池共享，因为这样既可以避免电池组单点故障，又可以对电池组均匀充电，延长电池寿命。

2.每台UPS和每组电池都必须有自己独立的控制开关，这样不论哪台UPS或者哪个电池组故障，都能够安全脱离系统进行维修、更换，不会影响整个系统的正常运行，否则就会为以后的维护动作留下一个大难题。所以在这一点上是绝对不能省的。

六.结论

多机共享电池组方案具有很多的好处，符合节能、降耗、环保的时代主流，必将引起人们的普遍重视。关键是要选择安全可靠的UPS和合理的安装方案。