不間斷電源(UPS)系統，尤其是高頻大功率UPS作為數據中心供電的關(guān)鍵保障，受架構和器件等因素的限制，在線(xiàn)模式效率約在96%左右。提高UPS效率，可有效降低數據中心PUE。

　　為了降低TCO(總體擁有成本)，提高UPS系統效率，早在2010年行業(yè)內就推出了ECO模式，也被叫做經(jīng)濟模式、節能模式或高效模式。2018年4月30日發(fā)布、7月1日實(shí)施的行業(yè)標準YD/T 1095-2018《通信用交流不間斷電源(UPS)》，增加了對ECO模式的定義：交流輸入正常情況下UPS通過(guò)靜態(tài)旁路向負載供電，當交流輸入異常時(shí)UPS切換至逆變器供電的工作模式。

　　ECO模式可將UPS運行效率從雙變換在線(xiàn)模式的96%左右提升到99%，對數據中心PUE指標可降低約0.03，達到節能、減排的目的。但普通的ECO模式也存在著(zhù)一定的切換風(fēng)險，因此很多品牌只作為選配模式。

　　本文邀請到臺達UPS技術(shù)專(zhuān)家鄭強，以臺達具有ECO模式的大功率UPS為例，談一談UPS電源的ECO模式架構，以及新一代的超級ECO模式如何提升可靠性更實(shí)現節能。

　　ECO模式的架構與工作原理

　　按逆變器工作狀態(tài)，通常UPS的ECO模式可以分為2類(lèi)：

　　01 逆變器熱備待機狀態(tài)

　　02 逆變器冷備待機狀態(tài)

　　對于逆變器熱備待機狀態(tài)，若從UPS旁路、逆變切換架構來(lái)看，大致有3類(lèi)架構設計，如圖1-3所示。

　　圖1：采用接觸器轉換

　　UPS工作在ECO模式時(shí)，當旁路輸入在設置的電壓和頻率范圍內，UPS優(yōu)先旁路輸出，可以獲得更高的效率;當旁路輸入超限或中斷，負載將由旁路轉向逆變供電，切換時(shí)間即為接觸器強制動(dòng)作接通時(shí)間，一般切換時(shí)間2ms左右。

　　圖2：采用SCR轉換

　　UPS逆變器輸出側采用SCR靜態(tài)開(kāi)關(guān)代替接觸器設計，優(yōu)勢是有效縮短旁路轉逆變的切換時(shí)間，一般切換時(shí)間1ms以?xún)?，弊端在于SCR靜態(tài)開(kāi)關(guān)損耗大于接觸器，采用此架構的UPS在線(xiàn)模式效率要略低一些。

　　圖3：采用SCR+接觸器并聯(lián)轉換

　　逆變器輸出側采用SCR+接觸器并聯(lián)設計，兼顧圖1架構的高效率(接觸器阻抗小)和圖2架構的高可靠快速切換特性(SCR確?？焖倏煽壳袚Q)，解決可靠切換與高效兼容的問(wèn)題。

　　通過(guò)以上3種架構設計的UPS在ECO高效模式工作原理分析，對應設計UPS產(chǎn)品的ECO高效模式關(guān)鍵性能、參數進(jìn)行列表比較如下所示：

　　通過(guò)以上分析可以看出，ECO模式雖然可顯著(zhù)提升UPS效率，但都不能避免一些明顯的缺點(diǎn)：

　　UPS輸入指標不可控;

　　旁路切換到逆變輸出，均有切換時(shí)間。

　　因此，也引發(fā)了更進(jìn)一步技術(shù)發(fā)展：

　　UPS在ECO模式下，解決輸入指標(輸入功率因數及電流諧波成分)和切換時(shí)間問(wèn)題，滿(mǎn)足IEC62040-3定義的Ⅰ類(lèi)供電質(zhì)量標準，供電質(zhì)量接近在線(xiàn)模式，得出一個(gè)創(chuàng )新的應用模式被業(yè)內稱(chēng)為：超級ECO模式。

　　臺達“ECO+APF”潔凈模式的超級ECO

　　臺達專(zhuān)為大型精密制造而推出的高頻大功率工業(yè)級UPS，就具有超級ECO的功能。采用ECO+APF模式(潔凈模式)，兼具ECO模式的效率和雙變換模式的性能，確保高供電質(zhì)量情況下，效率高達99.5%，逆變器并聯(lián)旁路供電0ms切換時(shí)間。

　　01 ECO+APF潔凈模式的工作原理：逆變器與旁路電源并聯(lián)，負載有功由靜態(tài)旁路供電，負載的無(wú)功由逆變器提供。選擇ECO+APF模式時(shí)，逆變器作為有源濾波器并聯(lián)于旁路直供回路，對負載動(dòng)態(tài)抑制諧波和補償無(wú)功。UPS對旁路電流實(shí)時(shí)偵測及分析，將諧波與基波分離，得到需要補償的諧波分量送至逆變控制器，控制逆變器PWM信號及驅動(dòng)IGBT，生成與偵測的諧波電流幅值相等、極性相反的補償電流注入旁路供電輸出，對負載產(chǎn)生的諧波電流進(jìn)行補償或抵消，使得UPS的輸入功率因數和電流諧波失真始終維持在校正值以?xún)?典型設置PF≥0.99、THDi≤5%)。

　　02 充電能力：整流器正常工作，輸出的DC BUS一部分提供逆變器、另一部分供DC/DC充電器，對蓄電池進(jìn)行智能充電管理，充電能力與雙變換在線(xiàn)模式一致。

　　03 切換時(shí)間：旁路輸入異?；蛑袛鄷r(shí)，負載全部由逆變器供電，逆變器由電流源變?yōu)殡妷涸?，逆變器?huì )立即維持輸出電壓，實(shí)現零時(shí)間切換。

　　ECO模式的應用決策

　　旁路優(yōu)先的ECO模式或超級ECO模式不可避免的存在潛在風(fēng)險。

　　當市電不穩定時(shí)，旁路和逆變間會(huì )反復切換，逆變器頻繁面臨負荷突增、突減沖擊，容易產(chǎn)生熱瞬變，從而增加逆變器IGBT等器件的故障率、降低系統可靠度。

　　以犧牲電源保護和供電質(zhì)量為基礎而創(chuàng )新的工作模式，在選擇是否啟用該模式時(shí)，應充分考慮風(fēng)險與收益平衡支點(diǎn)。

　　因此，在電網(wǎng)不穩定的環(huán)境，不建議啟用旁路優(yōu)先的ECO模式或超級ECO模式。在數據中心電網(wǎng)環(huán)境較穩定情況下，建議IT負荷2N方案設計時(shí)可一路UPS系統采用ECO模式、一路UPS系統采用在線(xiàn)模式;空調等動(dòng)力負荷可使用ECO模式或超級ECO模式。在確保安全性的情況下，實(shí)現UPS的能效提升。