μ ——逆变器效率;
U 平均 ——逆变器平均输入电压(V),即蓄电池放电期间的平均电压;
U 电缆压降 ——逆变器与蓄电池之间的电缆压降(V),逆变器距蓄电池很近时可以忽略。
1.2.3 蓄电池放电温度系数α的概念
蓄电池的额定容量是以环境温度为25℃时为基准的,当环境温度高于25℃时,蓄电池的实际容量会比额定容量增大一些,故计算蓄电池容量时可以考虑适当减小一些(但如下文所述,实际计算时并不进行调整,以留有裕量),当环境温度低于25℃时,蓄电池的实际容量会比额定容量低一些,计算蓄电池容量时应考虑适当增大一些。即将所需蓄电池容量提高到25℃时的容量。如果环境温度恰好为25℃,则不进行调整。放电温度系数α是根据温度调整蓄电池计算容量的系数,实际上是每偏离基准温度(25℃)1℃的补偿值(单位:1/℃)。α的取值与放电电流有关,放电电流(放电率)越大,温度变化对蓄电池实际容量的影响越大,故α的取值越大。当放电小时≥10h,取α=0.006;当10>放电小时≥1h,取α=0.008;当放电小时<1h,取α=0.01。
1.2.4 蓄电池低环境温度 t
式(1)中的( t-25)是蓄电池环境温度偏离基准温度(25℃)的差值,与放电温度系数α结合,调整蓄电池计算容量。需要说明的是,计算蓄电池容量时蓄电池环境温度t只考虑低于25℃的情况,而且是指低温度,以便将蓄电池计算容量调高一些。一般有采暖设备时按15℃考虑,无采暖设备时按5℃考虑。环境温度高于25℃时,不考虑将蓄电池计算容量调低,故按t =25℃,即 t -25=0处理,由此产生的蓄电池容量的增大作为系统设计裕量的一部分。
1.2.5 放电容量系数 η 的概念
蓄电池在不同的放电率放电时,所能放出的容量是不同的。根据YD/T799-2010,阀控铅酸蓄电池10h率放电容量为 C 10,3h率放电容量 C 3 为
0.75 C 10 ,1h率放电容量 C 1 为0.55 C10 。故阀控铅酸蓄电池10h率放电时的 η为1,3h率和1h率放电时分别为0.75和0.55。即放电率较大时(放电小时数<10),能放出的能量较小。在计算蓄电池容量时,应考虑将蓄电池容量适当取得大一些。放电率较小时(放电小时数>10),能放出的能量较大,在计算蓄电池容量时,为了留有裕量,仍按10h率考虑。铅酸蓄电池在各种放电率时的放电容量系数(η ),如表1所示。
1.2.6 蓄电池安时(Ah)容量 Q
Q 是计算得出的蓄电池安时(Ah)容量。因为经放电容量系数 η 调整,无论实际放电小时数多大,计算出的蓄电池容量均为10h率容量( C10 )。故选择蓄电池时应按10h率容量考虑。
1.2.7 放电时间 T (h)或放电小时数 T
蓄电池放电时间 T 应以小时(h)为单位,一般根据通信局站及其市电的类别、备用发电机组配置等情况,按照设计规范确定。
1.3 安时(Ah)法计算实例
假设某UPS的输出视在功率 S 为200kVA,负载功率因数cosφ=0.8,效率 μ=0.92,逆变器工作电压范围为320～451V,蓄电池的低工作温度为15℃。蓄电池均充电压为2.35V/只,浮充电压为2.25V/只。要求蓄电池放电20min(0.33h),不考虑蓄电池与UPS设备之间的电缆压降,计算和选择蓄电池。
1.3.1 蓄电池的安时(Ah)容量的计算
(1)单体电池只数n
按式(6)计算单体电池只数n
(2)单体电池放电终止电压 U 单终
按式(7)计算单体电池放电终止电压 U 单终 (假设忽略电缆压降):
(3)蓄电池放电平均电压 U 平均
按式(3)计算(假设浮充电压为2.25V/只)
(也可以按式(4)或式(5)计算)
(4)蓄电池平均放电电流 I 平均 (将恒功率转换为恒流)
按式(8)计算 I 平均 (假设忽略电缆压降)
(5)计算蓄电池安时容量 Q
按式(1)计算蓄电池安时容量 Q :
(式中, K =1.25, I =462.14, T =0.33, η =0.48,α =0.01, t =15)
1.3.2 蓄电池的选择
UPS蓄电池宜选择UPS专用VRLA蓄电池,目前这种蓄电池容量一般在200Ah以下,此案例的安时容量较大,故需要多组并联(一般不超过4组)。以下是的两个选择实例。
①查双登集团有限公司的6-GFM-200/12V
阀控密封铅酸蓄电池数据表可知,6-GFM-150的容量为150Ah( C 10),根据蓄电池计算安时容量为441.28Ah,因为441.28/150=2.94,故可以取3组并联,每组32只6-GFM-150电池(共包含192只单体电池)。
因150×3=450>441.28,所以有一定裕量。
②查山东圣阳电源股份有限公司产品参数可知,SP12-200/12V阀控铅酸蓄电池10h率容量为186Ah。根据蓄电池计算安时容量为441.28Ah,因为441.28/186=2.37，故可以选这个蓄电池，3组并联，每组32只SP12-200(共包括192只单体电池)。因186×3=558(Ah)>441.28Ah，所以有较大的裕量。
2 恒功率法
2.1 概述
如前所述,UPS蓄电池的负载逆变器和通信设备等都是恒功率负载,蓄电池放电时,蓄电池的输出电压逐渐下降,而蓄电池的输出电流逐渐增大。直到电压下降到终止电压时,电流达到大值。但在整个放电过程中蓄电池的输出功率是恒定的。考虑到恒功率负载的这种情况,蓄电池厂家经过试验,提供了蓄电池恒功率放电数据表,给出每个单体电池放电到规定的终止电压,在规定的放电时间内所能放出的恒定功率。利用蓄电池恒功率放电数据表可以非常方便地选择蓄电池容量,而且比较准确。
采用恒功率放电数据表选择蓄电池容量时,首先要合理、准确地计算确定每个单体电池的负载功率、放电时间和放电终止电压等数据。