CN216819493U

CN216819493U - 一种数据中心中的节能型ups

Info

Publication number: CN216819493U
Application number: CN202122562253.6U
Authority: CN
Inventors: 俞兴明; 戴硅平; 周燕; 杨安伦; 龙海涛
Original assignee: Suzhou Vocational University
Current assignee: Suzhou Vocational University
Priority date: 2021-10-23
Filing date: 2021-10-23
Publication date: 2022-06-24
Anticipated expiration: 2031-10-23

Abstract

本实用新型涉及一种数据中心中的节能型UPS，所述UPS包括双变换在线单元、控制单元和切换电路，控制单元同时连接双变换在线单元和切换电路。该技术方案解决了传统的双变换在线式UPS的能源效率低的问题，在市电电压处在正常设定范围内时通过直通通道由市电直接供给数据中心中的IT设备，只有当市电电压超出正常设定范围时才切换到双变换在线供电状态。由于现在我国绝大部分时间内电网供电质量高，所以用市电直接给IT设备供电可节省很多电能，产生较大的经济效益。

Description

一种数据中心中的节能型UPS

技术领域

本实用新型涉及一种UPS，具体涉及一种数据中心中的节能型UPS，属于不间断电源技术领域。

背景技术

传统的数据中心的IT设备常用传统的双变换在线式UPS电源供电，由于该种UPS需要将市电先整流成直流电后给后备蓄电池充电，同时把直流电逆变成交流电输出给IT设备(负载)供电，也就是说市电要经过AC/DC和DC/AC两次转换，两次转换都要经过大功率的半导体器件实现，但在半导体器件上功率损耗大，使得传统的双变换在线式UPS的功率效率约在90％左右，10％左右的功率由于器件的发热而损耗掉了。由于数据中心用电量都在几千千瓦以上，消耗在UPS的功率多达几百千瓦，这是一个巨大的能源损失，为了解决上述技术问题，本领域的技术人员也不断尝试，但是上述问题一直没有得到妥善解决。

实用新型内容

本实用新型正是针对现有技术中存在的问题，提供一种数据中心中的节能型UPS，该技术方案解决了传统的双变换在线式UPS的能源效率低的问题，该方案在市电电压处在正常设定范围内时通过直通通道由市电直接供给数据中心中的IT设备(负载)，只有当市电电压超出正常设定范围时才切换到双变换在线供电状态。由于现在我国绝大部分时间内电网供电质量高，所以用市电直接给IT设备供电可节省很多电能，产生较大的经济效益。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案如下，一种数据中心中的节能型UPS，其特征在于，所述UPS包括双变换在线单元、控制单元和切换电路，控制单元同时连接双变换在线单元和切换电路。

作为本实用新型的一种改进，所述双变换在线单元包括输入滤波器、AC/DC整流器、DC/AC逆变器、蓄电池以及输出滤波器。市电接到所述输入滤波器的输入端，所述输入滤波器的输出端连接到所述AC/DC整流器的输入端，所述AC/DC整流器的输出端接所述DC/AC逆变器的输入端，所述AC/DC整流器的输出端同时连接到所述蓄电池的端口，所述DC/AC逆变器的输出端接到所述输出滤波器的输入端，所述输出滤波器的输出端接到交流接触器JC1的触点的输入端上。输入滤波器的作用是滤除由于AC/DC整流器而产生的高次谐波，消除其对市电电网的干扰，同时也消除电网内的高次谐波对UPS双变换在线部分的输入和直通通道的干扰；AC/DC整流器将市电交流电整流变换为直流电，DC/AC逆变器将直流电变换为准正弦波交流电；输出滤波器滤除DC/AC逆变器输出的准正弦波中的高次谐波，以防高次谐波对IT用电设备的干扰。

作为本实用新型的一种改进，所述控制单元包括市电电压采样电路、控制计算机、电压设定与显示面板、控制电源以及中间继电器电路，所述控制电源的输入端连接到所述输出滤波器的输出端，所述控制电源的的三个输出端分别连接到所述市电电压采样电路、控制计算机及中间继电器电路的电源输入端，以给它们提供工作电源。所述市电电压采样电路的输入端连接到市电上，所述市电电压采样电路的输出端连接到所述控制计算机的输入端，所述控制计算机的输出端连接到所述中间继电器电路的输入端，所述中间继电器电路的两个输出端分别连接到交流接触器JC1和JC2的线圈上；所述电压设定与显示面板的接口连接到所述控制计算机的键盘与显示接口，用于电压设定与显示。市电电压采样电路对市电电压进行采样，采样值经数字化变换后输入给控制计算机；电压设定与显示面板一方面给控制计算机设定双变换在线单元供电和直通通道供电之间切换的电压范围(如相电压200V～240VAC)，另一方面显示市电电压采样值和设定的电压范围值；中间继电器电路的作用是由于控制计算机输出的弱电控制信号驱动不了交流接触器JC1和JC2的线圈，必须通过中间继电器电路转接才能驱动交流接触器JC1和JC2的线圈。为了确保JC1和JC2不会同时吸合造成市电电流和逆变器输出电流的回流而造成系统故障，在控制计算机程序中设置JC1和JC2线圈的控制信号为互斥的信号。使交流接触器JC1和JC2不会同时吸合造成市电电流和逆变器输出电流的回流而造成系统故障。

作为本实用新型的一种改进，切换单元包括交流接触器JC1和交流接触器JC2，交流接触器JC1和JC2均由线圈和触点构成。所述交流接触器JC1的线圈接所述中间继电器电路的一个输出端，所述交流接触器JC1的触点输入端接所述输出滤波器的输出端，所述交流接触器JC1的触点输出端接到IT负载的电源输入端；所述交流接触器JC2的线圈接到所述中间继电器电路的另一个输出端，所述交流接触器JC2的触点的输入端接到接到所述输入滤波器的输出端，所述交流接触器JC2的触点的输出端接到JC1触点的输出端。控制计算机对市电电压采样值和设定的切换电压范围值进行比较，当市电电压处在设定的正常范围内时，JC1的线圈不得电，其触点不吸合，而JC2的线圈得电，触点吸合，此时IT负载由市电经输入滤波器后通过直通通道供电，双变换在线部分工作在待机空载状态，此种供电模式下供电电能利用率高。当市电电压高于设定的正常范围的上限或低于设定的正常范围的下限时，JC1的线圈得电，其触点吸合，而JC2的线圈失电，其触点断开，此时IT负载由双变换在线单元供电，由于AC/DC整流器和DC/AC逆变器它们自身都要消耗能量，此时供电电能利用率约为90％左右。当市电停电时，JC1的线圈得电，其触点吸合，而JC2的线圈失电，其触点断开，由蓄电池放电经DC/AC逆变器逆变成准交流电后给IT负载供电。

作为本实用新型的一种改进，为了确保市电停电时控制部分和切换电路部分仍能正常工作，控制部分的电源输入端接输出滤波器的输出端。

相对于现有技术，本实用新型具有如下优点，1)该技术方案整体结构设计紧凑巧妙，成本较低，2)该技术方案通过用市电直接给IT设备供电可节省很多电能，产生较大的经济效益，3)该技术方案在解决了传统的双变换在线式UPS由于市电要经过AC/DC和DC/AC两次变换造成的功耗而造成能源效率低的问题；4)该方案在市电电压处在正常设定范围内时通过直通通道由市电直接供给数据中心中的IT设备(负载)，只有当市电电压超出正常设定范围时才切换到双变换在线供电状态。由于现在我国绝大部分时间内电网供电质量高，所以在市电正常时由市电直接给IT设备供电，可节省很多电能，产生巨大的经济效益。

附图说明

图1为本实用新型功能结构框图；

图2为控制过程示意图。

具体实施方式：

为了加深对本实用新型的理解，下面结合附图对本实施例做详细的说明。

实施例1：参见图1、图2，一种数据中心中的节能型UPS，其特征在于，所述UPS包括双变换在线单元、控制单元和切换电路，控制单元同时连接双变换在线单元和切换电路，所述双变换在线单元包括输入滤波器、AC/DC整流器、DC/AC逆变器、蓄电池以及输出滤波器。市电接到所述输入滤波器的输入端，所述输入滤波器的输出端连接到所述AC/DC整流器的输入端，所述AC/DC整流器的输出端接所述DC/AC逆变器的输入端，所述AC/DC整流器的输出端同时连接到所述蓄电池的端口，所述DC/AC逆变器的输出端接到所述输出滤波器的输入端，所述输出滤波器的输出端接到交流接触器JC1的触点的输入端上。输入滤波器的作用是滤除由于AC/DC整流器而产生的高次谐波，消除其对市电电网的干扰，同时也消除电网内的高次谐波对UPS双变换在线部分的输入和直通通道的干扰；AC/DC整流器将市电交流电整流变换为直流电，DC/AC逆变器将直流电变换为准正弦波交流电；输出滤波器滤除DC/AC逆变器输出的准正弦波中的高次谐波，以防高次谐波对IT用电设备的干扰，所述控制单元包括市电电压采样电路、控制计算机、电压设定与显示面板、控制电源以及中间继电器电路，所述控制电源的输入端连接到所述输出滤波器的输出端，所述控制电源的的三个输出端分别连接到所述市电电压采样电路、控制计算机及中间继电器电路的电源输入端，以给它们提供工作电源。所述市电电压采样电路的输入端连接到市电上，所述市电电压采样电路的输出端连接到所述控制计算机的输入端，所述控制计算机的输出端连接到所述中间继电器电路的输入端，所述中间继电器电路的两个输出端分别连接到交流接触器JC1和JC2的线圈上；所述电压设定与显示面板的接口连接到所述控制计算机的键盘与显示接口，用于电压设定与显显示。市电电压采样电路对市电电压进行采样，采样值经数字化变换后输入给控制计算机；电压设定与显示面板一方面给控制计算机设定双变换在线供电和直通通道供电之间切换的电压范围(如相电压200V～240VAC)，另一方面显示市电电压采样值和设定的电压范围值；中间继电器电路的作用是由于控制计算机输出的弱电控制信号驱动不了交流接触器JC1和JC2的线圈，必须通过中间继电器电路转接才能驱动交流接触器JC1和JC2的线圈。为了确保JC1和JC2不会同时吸合造成市电电流和逆变器输出电流的回流而造成系统故障，在控制计算机程序中设置JC1和JC2线圈的控制信号为互斥的信号，切换单元包括交流接触器JC1和交流接触器JC2，交流接触器JC1和JC2均由线圈和触点构成。所述交流接触器JC1的线圈接所述中间继电器电路的一个输出端，所述交流接触器JC1的触点输入端接所述输出滤波器的输出端，所述交流接触器JC1的触点输出端接到IT负载的电源输入端；所述交流接触器JC2的线圈接到所述中间继电器电路的另一个输出端，所述交流接触器JC2的触点的输入端接到接到所述输入滤波器的输出端，所述交流接触器JC2的触点的输出端接到JC1触点的输出端。控制计算机对市电电压采样值和设定的切换电压范围值进行比较，当市电电压处在设定的正常范围内时，JC1的线圈不得电，其触点不吸合，而JC2的线圈得电，触点吸合，此时IT负载由市电经输入滤波器后通过直通通道供电，双变换在线部分工作在待机空载状态，此种供电模式下供电电能利用率高。当市电电压高于设定的正常范围的上限或低于设定的正常范围的下限时，JC1的线圈得电，其触点吸合，而JC2的线圈失电，其触点断开，此时IT负载由双变换在线单元供电，由于AC/DC整流器和DC/AC逆变器它们自身都要消耗能量，此时供电电能利用率约为90％左右。当市电停电时，JC1的线圈得电，其触点吸合，而JC2的线圈失电，其触点断开，由蓄电池放电经DC/AC逆变器逆变成准交流电后给IT负载供电。为了确保市电停电时控制部分和切换电路部分仍能正常工作，控制部分的电源输入端接输出滤波器的输出端。

安装和工作过程：参照图1—图2，双变换在线部分包括输入滤波器、AC/DC整流器、DC/AC逆变器、蓄电池、输出滤波器这些单元电路。控制部分包括市电电压采样电路、控制计算机、电压设定与显示面板、控制电源、中间继电器电路等单元。切换部分包括交流接触器JC1和交流接触器JC2组成。交流接触器JC和JC2均由线圈和触点构成。所有电路单元的连接关系如图1所示。输入滤波器的作用是滤除由于AC/DC整流器而产生的高次谐波，消除其对市电电网的干扰，同时也消除电网内的高次谐波对UPS双变换在线部分的输入和直通通道的干扰；AC/DC整流器将市电交流电整流变换为直流电，DC/AC逆变器将直流电变换为准正弦波交流电；输出滤波器滤除DC/AC逆变器输出的准正弦波中的高次谐波；市电电压采样电路对市电电压进行采样，采样值经数字化变换后输入给控制计算机；电压设定与显示面板一方面给控制计算机设定双变换在线供电和直通通道供电之间切换的电压范围(如相电压200V～240VAC)，另一方面显示市电电压采样值和设定的电压范围值；控制计算机对市电电压采样值和设定的切换电压范围值进行比较，比较后按图2所示的主程序流程图控制交流接触器JC1和JC2的动作。当市电电压处在设定的正常范围内时，JC1的线圈不得电，其触点不吸合，而JC2的线圈得电，触点吸合，此时IT负载由市电经输入滤波器后通过直通通道供电，双变换在线部分工作在待机空载状态，此种供电模式下供电电能利用率高。当市电电压高于设定的正常范围的上限或低于设定的正常范围的下限时，JC1的线圈得电，其触点吸合，而JC2的线圈失电，其触点断开，此时IT负载由双变换在线部分供电，由于AC/DC整流器和DC/AC逆变器它们自身都要消耗能量，此时供电电能利用率约为90％左右。当市电停电时，JC1的线圈得电，其触点吸合，而JC2的线圈失电，其触点断开，由蓄电池放电经DC/AC逆变器逆变成交流电后给IT负载供电。中间继电器电路的作用是由于控制计算机输出的弱电控制信号驱动不了JC1和JC2的线圈，必须通过中间继电器电路转接才能驱动JC1和JC2的线圈。为了确保JC1和JC2不会同时吸合造成市电电流和逆变器输出电流的回流而造成系统故障，在控制计算机程序中设置JC1和JC2线圈的控制信号为互斥的信号。由于接触器的触点动作时间一般为几十毫秒，而IT负载中的电源电路内部也有整流滤波储能电容，所以切换时几十毫秒的停电不会影响IT负载的正常工作。为了确保市电停电时控制部分和切换电路部分仍能正常工作，控制部分的电源输入端接输出滤波器的输出端。

需要说明的是上述实施例，并非用来限定本实用新型的保护范围，在上述技术方案的基础上所作出的等同变换或替代均落入本实用新型权利要求所保护的范围。

Claims

1.一种数据中心中的节能型UPS，其特征在于，所述UPS包括双变换在线单元、控制单元和切换电路，控制单元同时连接双变换在线单元和切换电路，所述双变换在线单元包括输入滤波器、AC/DC整流器、DC/AC逆变器、蓄电池以及输出滤波器，所述输入滤波器依次通过AC/DC整流器、蓄电池、DC/AC逆变器、连接输出滤波器，所述控制单元包括市电电压采样电路、控制计算机、电压设定与显示面板、控制电源以及中间继电器电路，控制电源同时给市电电压采样电路、控制计算机以及中间继电器电路供电，市电电压采样电路通过控制计算机连接中间继电器电路，控制计算机通过电压设定与显示面板进行设定和显示，所述切换电路包括交流接触器JC1和交流接触器JC2，交流接触器JC和 JC2均由线圈和触点构成。

2.根据权利要求1所述的数据中心中的节能型UPS，其特征在于，所述中间继电器电路的输出端连接到交流接触器JC1、JC2的线圈上，驱动交流接触器JC1和JC2的线圈。

3.根据权利要求2所述的数据中心中的节能型UPS，其特征在于，控制电源的输入端连接输出滤波器的输出端。