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

　　為了降低TCO(總體擁有成本)，提高UPS系統(tǒng)效率，早在2010年行業(yè)內就推出了ECO模式，也被叫做經濟模式、節(jié)能模式或高效模式。2018年4月30日發(fā)布、7月1日實施的行業(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通過靜態(tài)旁路向負載供電，當交流輸入異常時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模式的96%左右提升到99%，對數(shù)據中心PUE指標可降低約0.03，達到節(jié)能、減排的目的。但普通的ECO模式也存在著一定的切換風險，因此很多品牌只作為選配模式。

　　本文邀請到臺達UPS技術專家鄭強，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現(xiàn)節(jié)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：

　　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、逆變切換架構來看，大致有3類架構設計，如圖1-3所示。

　　圖1：采用接觸器轉換

　　UPS工作在ECO模式時，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，切換時間即為接觸器強制動作接通時間，一般切換時間2ms左右。

　　圖2：采用SCR轉換

　　UPS逆變器輸出側采用SCR靜態(tài)開關代替接觸器設計，優(yōu)勢是有效縮短旁路轉逆變的切換時間，一般切換時間1ms以內，弊端在于SCR靜態(tài)開關損耗大于接觸器，采用此架構的UPS在線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確保快速可靠切換)，解決可靠切換與高效兼容的問題。

　　通過以上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產品的ECO高效模式關鍵性能、參數(shù)進行列表比較如下所示：

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

　　UPS輸入指標不可控;

　　旁路切換到逆變輸出，均有切換時間。

　　因此，也引發(fā)了更進一步技術發(fā)展：

　　UPS在ECO模式下，解決輸入指標(輸入功率因數(shù)及電流諧波成分)和切換時間問題，滿足IEC62040-3定義的Ⅰ類供電質量標準，供電質量接近在線模式，得出一個創(chuàng)新的應用模式被業(yè)內稱為：超級ECO模式。

　　臺達“ECO+APF”潔凈模式的超級ECO

　　臺達專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，確保高供電質量情況下，效率高達99.5%，逆變器并聯(lián)旁路供電0ms切換時間。

　　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，負載的無功由逆變器提供。選擇ECO+APF模式時，逆變器作為有源濾波器并聯(lián)于旁路直供回路，對負載動態(tài)抑制諧波和補償無功。UPS對旁路電流實時偵測及分析，將諧波與基波分離，得到需要補償?shù)闹C波分量送至逆變控制器，控制逆變器PWM信號及驅動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，對負載產生的諧波電流進行補償或抵消，使得UPS的輸入功率因數(shù)和電流諧波失真始終維持在校正值以內(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，對蓄電池進行智能充電管理，充電能力與雙變換在線模式一致。

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

　　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險。

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

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

　　因此，在電網不穩(wěn)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(shù)據中心電網環(huán)境較穩(wěn)定情況下，建議IT負荷2N方案設計時可一路UPS系統(tǒng)采用ECO模式、一路UPS系統(tǒng)采用在線模式;空調等動力負荷可使用ECO模式或超級ECO模式。在確保安全性的情況下，實現(xiàn)UPS的能效提升。