CN104795882A - 一种ups系统节能控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种UPS系统节能控制方法及系统，所述UPS系统包括多个UPS单元，且每一UPS单元包括至少一个电力处理模块，所述控制方法包括在UPS系统运行时执行以下步骤：在所述UPS系统的当前运行状况满足预设条件时，使所述UPS系统工作于ECO模式；在所述UPS系统的当前运行状况不满足预设条件时，使所述UPS系统工作于正常模式。本发明通过在USP系统运行时，自动根据当前的运行状况在ECO模式和正常模式间切换，从而既保证了系统的可靠运行，又可最大限度的节约能源、提高UPS系统的运行效率，使得系统在不同运行环境都能达到运行效率的最优化要求。

Description

一种UPS系统节能控制方法及系统

技术领域

本发明涉及UPS技术领域，尤其涉及在一种在满足系统高可靠性运行的前提下提高运行效率、节约能源的UPS系统节能控制方法及系统。

背景技术

随着信息技术飞速发展以及电力电子技术的进步，人们日益认识到UPS在保护数据方面的重要性，因此UPS在工业、通信、宇航、军工和家庭生活等领域的应用越来越广泛。

UPS的电能转换会消耗一部分输入的电能，一般UPS系统在整个数据中心能源消耗中占6％～7％，而低效率的UPS系统本身损耗甚至会超过10％输入电能。 

随着能源日益紧张，UPS系统的使用者们也越来越关注UPS系统的运行效率问题。高效率的UPS运行模式是减少数据中心电能消耗，实现节能的方法之一。因此，在保证UPS的运行高可靠性前提下，如何提高运行效率，将是UPS面临的重要问题。ECO运行模式采用旁路优先供电的运行方式可减少因整流器和逆变器在能量转换时的损耗而提高UPS系统的运行效率，但普通ECO运行模式考虑的条件单一，并不能最大限度的节约能源，不能够满足UPS系统在不同运行环境都能达到运行效率的最优化要求。

由于UPS系统工作时，节假日、白天、晚上或者固定的一段时间内，所对应的负载量是不一致的，有时甚至会相差好几倍，而且不同时段所对应的负载重要性、负载特性也会存在着差异。因此，若UPS系统在任何时刻都采用统一的工作模式，将造成巨大的能源浪费。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述普通ECO运行模式不 能够满足UPS系统在不同运行环境都能达到运行效率的最优化要求的缺陷，提供一种UPS系统节能控制方法及系统。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是，提供一种UPS系统节能控制方法，所述UPS系统包括多个UPS单元，且每一UPS单元包括至少一个电力处理模块，所述控制方法包括在UPS系统运行时执行以下步骤：

在所述UPS系统的当前运行状况满足预设条件时，使所述UPS系统工作于ECO模式；

在所述UPS系统的当前运行状况不满足预设条件时，使所述UPS系统工作于正常模式。

在本发明所述的UPS系统节能控制方法中，所述UPS系统的当前运行状况为当前时间，所述预设条件为通过输入装置输入的时间参数，所述时间参数包括执行ECO模式的时间区间、轮换时间和/或节假日时间区间。

在本发明所述的UPS系统节能控制方法中，所述UPS系统的当前运行状况为UPS系统当前运行指标，所述预设条件为UPS系统的预设指标，并通过自动统计一段时间内的运行指标并结合预设指标，来确定下一时间段内UPS系统的工作模式。

在本发明所述的UPS系统节能控制方法中，所述运行指标和预设指标包括一段时间内的UPS系统的负载大小、负载THDU、输出PF、旁路质量和/或ECO旁路供电时回切逆变供电的次数。

在本发明所述的UPS系统节能控制方法中，在UPS系统工作于ECO模式时，包括以下步骤：

(a)检测所述UPS系统的负载属性；

(b)判断所述负载属性是否不满足设定条件，并在负载属性不满足设定条件时执行步骤(c)，否则返回步骤(a)；

(c)关闭至少一个UPS单元并返回步骤(a)，所述关闭UPS单元为将该UPS单元的至少一个电力处理模块关闭；或者开启至少一个UPS单元并返回步骤(a),所述开启UPS单元为将该UPS单元的所有电力处理模块唤醒。

在本发明所述的UPS系统节能控制方法中，所述UPS系统中的每一UPS 单元具有不同的优先级，且所述步骤(c)中按照设定的优先级从高到低的顺序选择相应的UPS单元进行关闭或开启,并在开启或关闭完成后将当前关闭或者开启的UPS单元的优先级更新为最低。

本发明还提供一种UPS系统节能控制系统，所述UPS系统包括多个UPS单元，且该UPS单元包括至少一个电力处理模块，包括ECO模式控制单元以及正常模式控制单元，其中：所述ECO模式控制单元，用于在所述UPS系统的当前运行状况满足预设条件时使所述UPS系统工作于ECO模式；所述正常模式控制单元，用于在所述UPS系统的当前运行状况不满足预设条件时使所述UPS系统工作于正常模式。

在本发明所述的UPS系统节能控制系统中，所述UPS系统的当前运行状况为当前时间，所述预设条件为通过输入装置输入的时间参数，所述时间参数包括执行ECO模式的时间区间、轮换时间和/或节假日时间区间。

在本发明所述的UPS系统节能控制系统中，所述UPS系统的当前运行状况为UPS系统当前运行指标，所述预设条件为UPS系统的预设指标，所述节能控制系统还包括一个自学习模块，用于通过自动统计一段时间内的运行指标并结合预设指标，来确定下一时间段内UPS系统的工作模式；所述ECO模式控制单元和正常模式控制单元根据自学习模块确定的工作模式控制UPS系统工作。

在本发明所述的UPS系统节能控制系统中，所述运行指标和预设指标包括一段时间内的UPS系统的负载大小、负载THDU、输出PF、旁路质量和/或ECO旁路供电时回切逆变供电的次数。

实施本发明的UPS系统的节能控制方法及系统，可在USP系统运行时，自动根据当前的运行状况在ECO模式和正常模式间切换，从而既保证了系统的可靠运行，又可最大限度的节约能源、提高UPS系统的运行效率，使得系统在不同运行环境都能达到运行效率的最优化要求。

进一步的，本发明根据优先级开启和关闭UPS单元，可实现UPS单元的轮换工作，让所有机器都参与到关闭和开启逻辑中，确保UPS系统中各个UPS单元的寿命、可靠性、稳定性一致。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明UPS系统节能控制方法的实施例的流程图；

图2是图1中ECO模式运行的流程示意图；

图3是本发明UPS系统节能控制系统的实施例的示意图；

图4是ECO模式控制单元的示意图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

如图1所示，是本发明UPS系统节能控制方法实施例的示意图，该UPS系统包括多个UPS单元(上述UPS单元可位于同一机柜，也可位于不同机柜)，即UPS系统包括多个UPS单元，每一UPS单元包括以下电力处理模块中的一个或多个：逆变器、旁路组件、整流器和充电器等(需要明确的是，UPS单元的具体结构对此并不做限制)。

本实施例中的UPS系统节能控制方法包括在UPS系统运行时执行以下步骤：

步骤S11：获取UPS系统的当前运行状况，并在当前运行状况满足预设条件时执行步骤S12，否则执行步骤S13。该步骤S11可周期性执行，例如一小时、10分钟等，具体执行的周期可根据需要设定。

步骤S12：使所述UPS系统工作于ECO模式，即根据UPS系统的当前负载属性选择关闭部分UPS单元的至少一个电力处理模块，或者开启部分UPS单元的至少一个电力处理模块。

步骤S13：使UPS系统工作于正常模式，此时UPS系统中的所有UPS单元均处于供电模式。

特别地，上述步骤S11中的UPS系统的当前运行状况为当前时间，相应地，预设条件为通过输入装置输入的时间参数，且该时间参数包括执行ECO模式的时间区间、轮换时间和/或节假日时间区间。用户可以权衡各种因素，通过设定时间参数，为UPS系统在不同时段选择适合实际负载运行的模式：例如设定 时间参数为20：00-8：00，这样在白天时，如果旁路容易不稳定而会导致引发多次切换，则可以使UPS系统工作在非正常模式；而在晚上时，旁路较为稳定，则使UPS系统工作在ECO模式。

上述UPS系统的当前运行状况也可以为UPS系统当前运行指标，相应地，预设条件为UPS系统的预设指标，此时可通过自学习方式确定UPS系统的工作模式，即通过自动统计一段时间内的运行指标并结合预设指标，来确定下一时间段内UPS系统的工作模式。

上述运行指标和预设指标可包括一段时间内的UPS系统的负载大小、负载THDU、输出PF、旁路质量和/或ECO旁路供电时回切逆变供电的次数。例如，在UPS系统运行时，可对一段时间内的负载大小、负载THDU、输出PF、旁路质量、ECO旁路供电时回切逆变供电的次数等多项UPS系统运行指标(指标也可以由用户设定或者定制)进行记录，并根据统计学原理以及结合UPS系统自身特性(如不同负载率下的UPS系统工作效率等)，计算出这段时间内的ECO模式运行时段最佳方案，从而可持续根据统计学原理更新并校正接下来时间段内的ECO模式运行时段方案，以实现最佳的ECO模式运行效果。

如图2所示，是图1中步骤S12的具体实现的流程示意图，其包括以下步骤：

S121：检测UPS系统的负载属性。具体地，上述负载属性可以为负载总量大小、电流大小、有功功率大小、无功功率大小、视在功率大小等中的任何一个或多个。

步骤S122：判断上述负载属性是否不满足设定条件，并在确认负载属性不满足第一设定条件时执行步骤S13，在负载属性满足第一设定条件时返回步骤S11，继续对负载属性进行监测。

步骤S123：关闭至少一个UPS单元并返回步骤S11，上述关闭UPS单元操作为将该UPS单元的至少一个电力处理模块关闭；或者开启至少一个UPS单元并返回步骤S11,上述开启UPS单元操作为将该UPS单元的所有电力处理模块唤醒。该步骤中的电力处理模块的开启是指使电力处理模块处于工作状态(例如旁路组件)或待机状态(例如整流器、逆变器、充电器等，存在相对较低的 损耗)、关闭是指电力处理模块无任何损耗。

特别地，上述UPS系统的ECO模式控制方法可使用负载总量(即负载总功率)作为关闭或开启UPS单元的依据。此时，上述步骤S121中检测的负载属性为负载总量，步骤S122中的设定条件可以为UPS系统的UPS单元的设定冗余数为N1(可为非整数)，例如在Ns＝[N-X％-N1-a]在设定的区间范围内时确认当前负载总量满足设定条件，否则不满足设定条件，其中：X％为UPS系统的当前的负载总量，N为UPS系统中UPS单元的总数，a为补偿因子且小于N，[]为取整运算。

在步骤S123中，首先根据当前负载总量计算Ns1＝[N-X％-N1-a]，并在上述Ns1大于零时，关闭Ns1个处于开启状态的UPS单元，然后返回步骤S121；在Ns1小于零时，进一步计算Ns2＝[N-X％-N1-b]，并Ns2小于零时，开启(-Ns2)个处于关闭状态的UPS单元，并返回步骤S121。其中X％为UPS系统的当前的负载总量，N为UPS系统中处于开启状态的UPS单元的总数(整数)，a、b为补偿因子且小于N，[]为取整运算。

通过补偿因子a、b，可避免UPS系统在临界点附近对UPS单元进行反复的开启和关闭操作，从而延长UPS单元的使用寿命。

此外，在使用负载总量作为关闭或开启UPS单元的依据时，也可将负载门坎作为设定条件。此时，步骤S122中的设定条件为UPS系统的负载门坎T％，并在Ns’＝[N-X/T]在设定的区间范围内时，确认当前负载总量满足设定条件。即在步骤S123中，首先根据当前负载总量计算Ns1’＝[N-X/T-a’]，并在上述Ns1’大于零时，关闭Ns1’个处于开启状态的UPS单元，然后返回步骤S121；在Ns1’小于零时，进一步计算Ns2’＝[N-X/T-b’]，并在Ns2小于零时，开启(-Ns2’)个处于关闭状态的UPS单元，然后返回步骤S121。其中，UPS系统的当前的负载总量为X％，N为UPS系统中处于开启状态的UPS单元的总数，a’、b’为补偿因子且小于N，[]为取整运算；

通过补偿因子a’、b’，可避免UPS系统在临界点附近对UPS单元进行反复的开启和关闭操作，从而延长UPS单元的使用寿命。

当然，在实际应用中，步骤S123也可每次只关闭或开启一个UPS单元， 通过执行多个步骤S121-S123的循环实现多个UPS单元的开启或关闭，并使得当前负载总量满足设定条件。

由于上述UPS系统在ECO模式运行时，并不是将所有的UPS单元待机，而是根据当前的运行环境，在负载总量较低时，关闭一定数量的UPS单元，在负载功率较高时，再开启一定数量的UPS单元，只要确保一定数量的UPS单元的开启足以维持系统运行即可，因此，既保证了系统的可靠运行，又可根据运行环境最大限度的节约能源、提高UPS系统的运行效率，使得系统在不同运行环境都能达到运行效率的最优化要求。

优选的，上述UPS系统在ECO模式下，当关闭和开启UPS单元时，并不是简单的选择某几台UPS单元进行关闭或者开启，为了保证系统中各机器都能充分地发挥最佳性能，延长工作寿命，可让所有机器都参与到UPS单元的关闭和开启逻辑中，以确保系统中各台UPS单元的寿命、可靠性、稳定性一致(若固定某台UPS单元关闭和开启，会导致UPS系统中各UPS单元的老化程度不一致而影响整个UPS系统的寿命，同时也会对UPS系统的运行稳定性造成影响)。为此，本发明中的UPS系统中的每一UPS单元设置有不同的优先级，且步骤S123中按照优先级从高到低的顺序选择相应的UPS单元关闭或开启,同时将当前关闭或者开启的UPS单元的所在的UPS单元的优先级更新为最低，如此实现各UPS单元关闭或者开启UPS单元的的机率相等。

例如，对于M台UPS单元组成的UPS系统，可以根据编号1-M设置默认优先级，默认优先级即作为首次优先关闭或者开启UPS单元的的一个参考。开始时将M台UPS单元的优先级默认设置M个优先级1-M，首次开启或关闭UPS单元时，按照该优先级从高到低进行开启或关闭。假如按照步骤S123中计算出首次关闭的UPS单元的数量为Ns，Ns＜M，则先关闭优先级为1-Ns的UPS单元，在关闭第一个UPS单元时，其对应的优先级更新为最低：M+1，在关闭第二个UPS单元时，其对应的优先级更新为最低：M+2，以此类推，最后关闭的UPS单元对应的优先级为M+Ns。需要重新开启UPS单元时，在关闭的UPS单元中，优先级最高的为M+1。也就是说，最先关闭的优先开启。

需要明确的是，上述优先级的更新编号的方式仅仅是一个举例说明，对此 并不做限制，优先级的更新只需要能够区分各个UPS单元的开启和关闭先后即可。且默认优先级的设置，也不做限制，例如除了上述的根据编号1-N的顺序设置默认优先级，还可以根据机器上电(供电)的顺序设置默认优先级。只要优先级的更新能反应UPS单元的开启和关闭的顺序，关闭或者开启时根据优先级进行选择都在本发明的保护范围之内。

进一步的，本发明中被关闭的UPS单元的并不是一直处于关闭状态，而是在关闭一段时间后重新开启，相应的，处于开启状态的UPS单元的也可以开启一段时间后关闭，如此，进一步确保UPS系统中各台UPS单元的寿命、可靠性、稳定性一致。具体地，可通过在ECO模式下增加轮换步骤实现上述操作：即增加唤醒时间，并在一个或多个处于关闭状态的UPS单元达到唤醒时间时，按照优先级顺序开启对应数量的UPS单元，并按照优先级顺序关闭对应数量的处于开启状态的UPS单元。上述唤醒时间可根据需要设置，例如为多天。

如图3所示，是本发明一种UPS系统节能控制系统实施例的示意图，其中UPS系统包括多个UPS单元，且该UPS单元包括至少一个电力处理模块。本实施例中的UPS系统节能控制系统包括ECO模式控制单元31以及正常模式控制单元32，其中：ECO模式控制单元31用于在所述UPS系统的当前运行状况满足预设条件时使所述UPS系统工作于ECO模式；正常模式控制单元32用于在所述UPS系统的当前运行状况不满足预设条件时使所述UPS系统工作于正常模式。上述ECO模式控制单元31以及正常模式控制单元32可集成到UPS系统的硬件设备，并通过相应的软件实现。当然，在实际应用中，上述ECO模式控制单元31以及正常模式控制单元32也可由独立于UPS系统硬件的设备实现。

特别地，上述UPS系统节能控制系统中，作为UPS系统工作模式切换依据的当前运行状况为当前时间，相应地，预设条件为通过输入装置输入的时间参数，所述时间参数包括执行ECO模式的时间区间、轮换时间和/或节假日时间区间。

此外，上述的当前运行状况也可以为UPS系统当前运行指标，相应地，预设条件为UPS系统的预设指标，节能控制系统还包括一个自学习模块，用于通过自动统计一段时间内的运行指标并结合预设指标，来确定下一时间段内UPS 系统的工作模式；所述ECO模式控制单元和正常模式控制单元根据自学习模块确定的工作模式控制UPS系统工作。

上述的运行指标和预设指标包括一段时间内的UPS系统的负载大小、负载THDU、输出PF、旁路质量和/或ECO旁路供电时回切逆变供电的次数。

上述UPS系统节能控制系统，可在USP系统运行时，自动根据当前的运行状况在ECO模式和正常模式间切换，从而既保证了系统的可靠运行，又可最大限度的节约能源、提高UPS系统的运行效率，使得系统在不同运行环境都能达到运行效率的最优化要求。

如图4所示，上述的ECO模式控制单元31具体可包括负载检测单元311和开关机控制单元312。负载检测单元311用于在UPS系统运行时检测所述UPS系统负载属性。具体地，上述负载属性可以为负载总量大小、电流大小、有功功率大小、无功功率大小、视在功率大小等中的任何一个或多个。开关机控制单元312用于在负载属性不满足设定条件时关闭处于开启状态的至少一个UPS单元，或开启处于关闭状态的至少一个UPS单元，关闭UPS单元为将该UPS单元的至少一个电力处理模块关闭,所述开启UPS单元为将该UPS单元的所有电力处理模块唤醒。电力处理模块的开启是指使电力处理模块处于工作状态(例如旁路组件)或待机状态(例如整流器、逆变器、充电器等，存在相对较低的损耗)、关闭是指电力处理模块无任何损耗。

特别地，上述负载属性可以为负载总量，且设定条件可以为UPS系统的UPS单元的设定冗余数为N1，开关机控制单元包括第一计算子单元和第一控制子单元，其中：

第一计算子单元用于根据当前负载总量Ns1＝[N-X％-N1-a]及Ns2＝[N-X％-N1-b]，其中，X％为UPS系统的当前的负载总量，N为UPS系统中处于开启状态的UPS单元的总数，a、b为补偿因子且小于N，[]为取整运算；

第一控制子单元在Ns1大于零时，关闭Ns1个处于开启状态的UPS单元；在Ns2小于零时，开启(-Ns2)个处于关闭状态的UPS单元。

此外，在负载属性为负载总量时，设定条件也可以为UPS系统的设定关闭负载门坎为T％，此时开关机控制单元包括第二计算子单元和第二控制子单元， 其中：

第二计算子单元用于根据当前负载总量计算Ns1’＝[N-X/T-a’]以及Ns2’＝[N-X/T-b’]，其中，UPS系统的当前的负载总量为X％，N为UPS系统中处于开启状态的UPS单元的总数，a’、b’为补偿因子且小于N，[]为对取整运算；

第二控制子单元用于在Ns1’大于零时，关闭Ns1’个处于开启状态的UPS单元；在所述Ns2’小于零时，开启(-Ns2’)个处于关闭状态的UPS单元。

上述UPS系统中的每一UPS单元具有不同的优先级，且开关机控制单元312按照设定的优先级从高到低的顺序选择相应的UPS单元进行关闭或开启,并在开启或关闭完成后将当前关闭或者开启的UPS单元的优先级更新为最低。

上述EOC模式控制单元31还可包括：UPS唤醒单元，用于在一个或多个处于关闭状态的UPS单元达到唤醒时间时，按照优先级顺序开启对应数量的UPS单元，并按照优先级顺序关闭对应数量的处于开启状态的UPS单元。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (10)

1.一种UPS系统节能控制方法，所述UPS系统包括多个UPS单元，且每一UPS单元包括至少一个电力处理模块，其特征在于，所述控制方法包括在UPS系统运行时执行以下步骤：

在所述UPS系统的当前运行状况满足预设条件时，使所述UPS系统工作于ECO模式；

在所述UPS系统的当前运行状况不满足预设条件时，使所述UPS系统工作于正常模式。

2.根据权利要求1所述的UPS系统节能控制方法，其特征在于，所述UPS系统的当前运行状况为当前时间，所述预设条件为通过输入装置输入的时间参数，所述时间参数包括执行ECO模式的时间区间、轮换时间和/或节假日时间区间。

3.根据权利要求1所述的UPS系统节能控制方法，其特征在于，所述UPS系统的当前运行状况为UPS系统当前运行指标，所述预设条件为UPS系统的预设指标，并通过自动统计一段时间内的运行指标并结合预设指标，来确定下一时间段内UPS系统的工作模式。

4.根据权利要求3所述的UPS系统节能控制方法，其特征在于，所述运行指标和预设指标包括UPS系统的负载大小、负载THDU、输出PF、旁路质量和/或ECO旁路供电时回切逆变供电的次数。

5.根据权利要求2或3所述的UPS系统的ECO模式控制方法，其特征在于，在UPS系统工作于ECO模式时，包括以下步骤：

(a)检测所述UPS系统的负载属性；

(b)判断所述负载属性是否不满足设定条件，并在负载属性不满足设定条件时执行步骤(c)，否则返回步骤(a)；

(c)关闭至少一个UPS单元并返回步骤(a)，所述关闭UPS单元为将该UPS单元的至少一个电力处理模块关闭；或者开启至少一个UPS单元并返回步骤(a),所述开启UPS单元为将该UPS单元的所有电力处理模块唤醒。

6.根据权利要求5所述的UPS系统节能控制方法，其特征在于，所述UPS系统中的每一UPS单元具有不同的优先级，且所述步骤(c)中按照设定的优先级从高到低的顺序选择相应的UPS单元进行关闭或开启,并在开启或关闭完成后将当前关闭或者开启的UPS单元的优先级更新为最低。

7.一种UPS系统节能控制系统，所述UPS系统包括多个UPS单元，且该UPS单元包括至少一个电力处理模块，其特征在于，包括ECO模式控制单元以及正常模式控制单元，其中：所述ECO模式控制单元，用于在所述UPS系统的当前运行状况满足预设条件时使所述UPS系统工作于ECO模式；所述正常模式控制单元，用于在所述UPS系统的当前运行状况不满足预设条件时使所述UPS系统工作于正常模式。

8.根据权利要求7所述的UPS系统节能控制系统，其特征在于，所述UPS系统的当前运行状况为当前时间，所述预设条件为通过输入装置输入的时间参数，所述时间参数包括执行ECO模式的时间区间、轮换时间和/或节假日时间区间。

9.根据权利要求7所述的UPS系统节能控制系统，其特征在于，所述UPS系统的当前运行状况为UPS系统当前运行指标，所述预设条件为UPS系统的预设指标，所述节能控制系统还包括一个自学习模块，用于通过自动统计一段时间内的运行指标并结合预设指标，来确定下一时间段内UPS系统的工作模式；所述ECO模式控制单元和正常模式控制单元根据自学习模块确定的工作模式控制UPS系统工作。

10.根据权利要求7所述的UPS系统节能控制系统，其特征在于，所述运行指标和预设指标包括一段时间内的UPS系统的负载大小、负载THDU、输出PF、旁路质量和/或ECO旁路供电时回切逆变供电的次数。