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当前数据机房UPS系统的工作模式为双变换在线工作模式,即通过“AC-DC和DC-AC的双变换”给IT负载提供稳定的净化电源。但是在这一模式下,UPS的效率较低,通常满载工作效率仅90~95%(视UPS结构的不同),如果对于当前数据机房普遍采用的2N电源系统架构,其正常工作的最大负载率仅为40%左右,在这一负载率下,UPS的工作效率也相应降低,通常约为85~94%左右,这导致了能源的极大浪费并降低了整个数据中心的PUE指标。
与双变换在线工作模式相反,绿色休眠在线模式的工作原理是在输入市电品质较好的情况下,将市电通过UPS旁路直接供电给数据中心的IT负载,而UPS内部的逆变器处于在线备份状态,从而使整个UPS系统的供电效率高达99%,而且这一休眠效率不受UPS负载率的影响,实现了“UPS基本不耗能”的节能降耗总目标;同时通过微秒级的快速跟踪及DSP技术,始终保持逆变器在线备份的电压、频率、相位参数完全与旁路输入同步,保证了分级切换的“不间断”。
根据输入市电的品质,市电的电压与频率波动,这一UPS系统的工作可分成下列三级:
第一级――绿色休眠在线模式。当市电的电压与频率波动较小时,UPS内部的整流器、逆变器、充电器均处于在线休眠状态,不仅基本不损耗电能,而且使主功率器件也处于电休眠状态,提高了这些UPS内部核心部件工作的可靠性并延长其使用寿命。
第二级――双变换在线模式。当市电的电压与频率波动超限时,UPS立刻转切到整流、逆变的双变换模式,此时UPS的 40%负载工作效率通常在85~94%左右,与目前数据机房UPS的工作模式完全相同。
第三级――电池放电逆变模式。当市电的电压与频率超出了UPS整流输入所允许的电压与频率范围时,UPS将关断整流器,进入电池放电工作模式,此模式下UPS的满载工作效率约为86~95%左右。
根据国内典型的数据中心实际电能质量数据统计,对于进行上述分级运行的UPS系统,其一年的95%时间将运行在休眠模式,小于5%的时间工作在双变换模式,不到1%的时间工作在电池放电模式。如果以一个负载容量为5000kW的中等规模IDC机房采用老式12脉冲相控整流UPS为例,假设其40%负载率下的效率为达到了国家能效III级UPS标准的87%为计算依据,其每年的电费节约将高达460多万元。
由于IT负载电源自身的稳压功能以及现代数据中心机房UPS供电系统通常具有的较好电能品质,在绝大部分市电品质良好的工作时间内继续让UPS工作在双变换模式不仅是能源的无端浪费,而且这一多余的重复变换还导致了UPS事故的高发和可靠性的大幅度下降,因此转变传统技术观念,在数据中心机房广泛采用UPS绿色休眠在线技术作为主要工作模式是大势所趋。
绿色休眠在线模式UPS选型
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绿色休眠在线模式对UPS的技术设计提出了新的挑战,即分级转换问题。传统的“效率优化”或“旁路优先”技术一直无法解决“效率优化了”但转换时间太长(超过10ms),或转换时间改进了但“效率不够优化(仅96~97%”)的矛盾,由此导致了工作在这一模式的UPS工作可靠性和稳定性不高,机房负载始终处在供电中断风险的隐忧之中。
与传统解决方案不同,多元化的动力管理公司伊顿采用专利的休眠技术,通过多DSP技术架构并引入先进的“云”计算技术理念,融合电力电子技术的最新进展,实现了系统效率、转换时间及转换安全性三者的有机统一,大幅度提高了UPS在休眠状态及“休眠”到“唤醒”工作转换过程中的节能效率,并确保了高可靠性。
以伊顿电力专家9395系列UPS(Power Xpert­ 9395)为例,分级切换时,UPS输出三相电压动态偏离值远小于UPS标准CLASS 1及计算机安全标准ITIC曲线的输入电源安全要求,表明其切换瞬间的电压波动完全优于IT负载对输入电压波动的容差;此外,三相电压和单相电压实际测量的波动的切换时间最大均为1.6ms,这一时间不仅远小于机房IT负载所要求的安全转换间隙,还远小于数据中心机房常用的静态转换开关STS 所能达到的最快4~5ms的转换时间,从而确保了机房负载在转换过程中的供电安全性。
这一在线休眠模式不仅能轻易地实现UPS单机的休眠,而且能实现多台并机系统的休眠,所以它非常适合拥有大容量UPS的数据中心机房。在国外,这一技术得到了非常广泛的应用,带来了数据中心电源安全与节能和谐统一的革命性变革;在国内最大的IC制造业,70多台伊顿电力专家9395系列正成功地以在线休眠模式工作着。

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浙江南都电源动力股份有限公司(简称:南都电源,股票代码:300068)是国家高新技术企业。公司创立于1994年9月,2010年4月在A股创业板上市。公司主营业务为通信后备电源、动力电源、储能电源、系统集成及相关产品的研发、制造、销售和服务;主导产品为阀控密封蓄电池、锂电池、燃料电池及相关材料。产品广泛应用于通信、电力、铁路等基础性产业以及太阳能、风能、智能电网、电动汽车、储能电站等战略性新兴产业。经过十余年的发展,公司已成为国内外电池行业的领先者,公司品牌“NARADA”已成为享誉全球的知名品牌。
公司拥有卓越的技术创新能力。目前设有南都电源研究院和国家认可实验室,研究院下设基础应用研究所、锂电应用工程研究所、阀控应用工程研究所、材料研究所、系统集成研究所及博士后科研工作站,配备了国际最先进的科研试验和综合测试设备。拥有以院士为首,国内外教授、专家组成的具有丰富理论与实践经验的研发团队。公司迄今获得52项自主知识产权,其中发明专利13项。在储能应用领域,拥有大型储能、离网储能、分布式储能的系统设计及集成技术;在动力应用领域,拥有电动汽车、电动叉车、电动自行车等车用超级电池、锂离子电池技术;在通信应用领域,拥有IDC等交换机房用、基站用、UPS用等阀控电池、锂电池、燃料电池技术,其中适用于高温环境下的环保节能电池为国际首创,具有巨大的经济及生态效益;在新型材料方面,拥有锂离子电池正负极材料、阀控电池正负极材料、电解质材料等多项核心技术。
公司形成了全球销服一体化的营销网络,拥有最具专业化、国际化的营销团队,是国内同行业中海外市场占有率最高的企业。营销网络遍及世界五十余个国家和地区,国内市场覆盖29 个省、市、区,海外市场已进入欧洲,中东,非洲,亚太,美洲等70余国,成立了南都亚太、南都英国、南都菲律宾、南都马来西亚、南美办事处等营销服务机构。公司已进入诸多高端客户的供应商体系。
公司秉承“严选材、精制造、高技术、诚服务”的质量方针,导入精益生产理念,建立了涵盖研发、生产、销售全过程的质量管理体系;坚持绿色环保的制造理念,注重全员职业健康安全,打造敬业、创新、开放、进取的企业文化,成为具有高度社会责任感的企业公民。公司先后通过了挪威船级社(DNV)ISO9001和TL9000质量管理体系认证,IS014001环境管理体系认证,OHSAS18001职业健康安全管理体系认证和法国BV公司SA8000社会责任体系认证,为实现企业的国际化开辟了一条绿色通道。
公司确定以“通信、动力、储能”为未来发展的三大支撑产业,逐步从提供通信后备电源产品的制造商向提供通信、动力及储能电源系统解决方案的供应商发展。公司以技术、品牌为核心,参与国际竞争,借助资本力量,助力企业做强做大,使南都电源成为国际一流企业,使南都产品成为世界顶级品牌
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