專利名稱：：一種模塊化ups的節(jié)能控制方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領域：
：本發(fā)明涉及一種模塊化UPS的節(jié)能控制方法及系統(tǒng)，尤其涉及到一種在保證系統(tǒng)可用性要求的前提下，控制ups功率模塊休眠與喚醒達到節(jié)能目的的方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
：隨著通信、互聯(lián)網(wǎng)、金融、電子政務、辦公自動化、工業(yè)控制自動化等行業(yè)IT設備網(wǎng)絡的建設和發(fā)展，人們對網(wǎng)絡的依賴性越來越強，為這些網(wǎng)絡設備提供供電保證凸現(xiàn)重要。傳統(tǒng)集中式UPS(UninterruptiblePowerSystems,不間斷電源)，存在體積笨重、維修時間長、系統(tǒng)可用度低、效率低等缺陷。模塊化UPS具有可以在線擴容、運輸安裝維護方便、系統(tǒng)可用度高、效率高等優(yōu)點。目前，各廠家生產(chǎn)的模塊化UPS盡管電路結(jié)構(gòu)不全相同，但是大都采用高頻脈寬調(diào)制技術(shù)，與含有傳統(tǒng)工頻變壓器的集中式UPS相比，效率一般可以達到90%左右。但是從各廠家反饋可知，在負載率偏低的情況下，由于UPS的功率模塊內(nèi)功率器件的固有損耗，其效率并不高。用戶從UPS系統(tǒng)可用性以及以后擴容或者別的原因考慮，UPS系統(tǒng)配置的功率模塊數(shù)量較多而實際負載量可能很小，或者負載在不同時間段存在時大時小現(xiàn)象。如果系統(tǒng)中所有功率模塊一直長期工作，勢必造成UPS系統(tǒng)較長時間工作在低負載、低效率的狀態(tài)下，導致總損耗很大，耗電量多。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提出了一種模塊化UPS的節(jié)能控制方法及系統(tǒng)，在保證可用度指標的前提下，設置冗余功率模塊數(shù)和休眠模塊數(shù)，使系統(tǒng)中部分功率模塊進入休眠狀態(tài)，其他功率模塊工作在較佳效率點，從而實現(xiàn)UPS系統(tǒng)的工作既安全可靠又節(jié)能降耗。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種模塊化UPS的節(jié)能控制方法，包括:步驟一、將功率模塊總數(shù)劃分為負載容量模塊數(shù)、冗余模塊數(shù)和休眠模塊數(shù)，所述負載容量模塊數(shù)為負載功率除以單個功率模塊的額定功率，將結(jié)果向上取步驟二、預先設置一查詢表，在所述査詢表中記錄了可用度的值、負載容量模塊數(shù)與冗佘模塊數(shù)組合的值，所述可用度的值和所述負載容量模塊數(shù)與冗余模塊數(shù)組合的值一一對應；步驟三、在所述査詢表中，根據(jù)所述負載容量模塊數(shù)與可用度的值，査找到冗余模塊數(shù)，然后根據(jù)所述功率模塊總數(shù)、負載容量模塊數(shù)與冗余模塊數(shù)，確定所述休眠模塊數(shù)；步驟四、向功率模塊發(fā)送與所述休眠模塊數(shù)相同個數(shù)的休眠信號，收到所述休眠信號的功率模塊進入休眠狀態(tài)，其他功率模塊繼續(xù)進行正常工作狀態(tài)。在所述步驟四中，預設一個可用度的值，在所述查詢表中，根據(jù)所述負載容量模塊數(shù)查找滿足大于所述可用度的值中最小的可用度的值，根據(jù)所述最小的可用度的值查找到最小的冗余模塊數(shù)。預先設置休眠定時時間，步驟四的具體操作是隨機向功率模塊發(fā)送與所述休眠模塊數(shù)相同個數(shù)的休眠信號，收到所述休眠信號的功率模塊進入休眠狀態(tài)，其他功率模塊為正常工作狀態(tài)；檢測到所述休眠定時時間到或者負載功率增大，向所述進入休眠狀態(tài)的功率模塊發(fā)送喚醒信號，所述功率模塊收到所述喚醒信號后進入正常工作狀態(tài)。步驟四之后還包括判斷是否需要部分功率模塊進入休眠狀態(tài)，是，則向一直處于工作狀態(tài)中的部分功率模塊發(fā)送所述休眠信號，收到所述休眠信號的功率模塊進入休眠狀態(tài)。步驟一之前還包括判斷旁路電源、主電源、蓄電池組、功率模塊中是否至少有一個出現(xiàn)異常，是，不執(zhí)行步驟一，不是，則執(zhí)行步驟一。另，本發(fā)明還提出了一種模塊化UPS的節(jié)能控制系統(tǒng)，包括電流檢測電路、監(jiān)控模塊、至少兩個功率模塊，其中，所述電流檢測電路，用于檢測負載功率，將所述負載功率發(fā)送給所述監(jiān)控模塊；所述監(jiān)控模塊，用于將功率模塊總數(shù)劃分為負載容量模塊數(shù)、冗余模塊數(shù)和休眠模塊數(shù)，以及用于記錄可用度的值、負載容量模塊數(shù)與冗余模塊數(shù)，以及用于根據(jù)所述負載容量模塊數(shù)與可用度的值，確定冗余模塊數(shù)，根據(jù)所述功率模塊總數(shù)、負載容量模塊數(shù)與冗余模塊數(shù)，確定所述休眠模塊數(shù)，向功率模塊發(fā)送與所述休眠模塊數(shù)相同個數(shù)的休眠信號，控制所述功率模塊進入休眠或喚醒狀態(tài)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用非常低的硬件成本和較少的軟件開銷，完成對系統(tǒng)實際輸出容量和系統(tǒng)各組成部件的檢測，實現(xiàn)對功率模塊的休眠與喚醒的智能控制；既保證系統(tǒng)的安全冗余和可用度，又提高了模塊化UPS系統(tǒng)的工作效率，還能提高功率模塊的使用壽命，從而提高系統(tǒng)的可靠性。圖1是一種模塊化UPS中控制功率模塊休眠的系統(tǒng)框圖。圖2是圖1中功率模塊的結(jié)構(gòu)圖。圖3是另一種模塊化UPS中控制功率模塊休眠的系統(tǒng)框圖。具體實施例實施例一如圖l，一種模塊化UPS中控制功率模塊休眠的方法，包括步驟一、將功率模塊總數(shù)劃分為負載容量模塊數(shù)、冗余模塊數(shù)和休眠模塊數(shù)，所述負載容量模塊數(shù)為負載功率除以單個功率模塊的額定功率，將結(jié)果向上取整；定義負載容量模塊數(shù)為N、冗余模塊數(shù)為X、休眠模塊數(shù)為Y，所以，功率模塊總數(shù),+X+Y。如果用戶采購了一套10個額定功率是10kVA的單功率模塊，組成100kVA模塊化UPS系統(tǒng)，負載25kVA。.25_<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>步驟二、預先設置一查詢表，在所述査詢表中記錄了可用度的值、負載容量模塊數(shù)與冗余模塊數(shù)組合的值，所述可用度的值和所述負載容量模塊數(shù)與冗余模塊數(shù)組合的值一一對應；假設UPS功率模塊的平均無故障時間MTBF(MeanTimeBetweenFailure)是50000小時，模塊的平均維修時間MTTR(MeanTimeToR印air)是120小時。通過計算，得出可用度As與N和X的對應關(guān)系。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>步驟三、在所述查詢表中，根據(jù)所述負載容量模塊數(shù)與可用度的值，査找到冗余模塊數(shù)，根據(jù)所述功率模塊總數(shù)、負載容量模塊數(shù)與冗余模塊數(shù)，確定所述休眠模塊數(shù)；預設一個可用度的值，在所述査詢表中，根據(jù)所述負載容量模塊數(shù)查找滿足大于所述可用度的值中最小的可用度的值，根據(jù)所述最小的可用度的值査找到最小的冗余模塊數(shù)。例如，用戶的機房要求UPS系統(tǒng)的可用度As達到0.9999以上，在表1中査找N為3且As達到0.9999以h的As的最小值是0.999965，對應的冗余模塊數(shù)X為1。一般來說，如下設置既安全可靠(即As》0.9999)又能提高系統(tǒng)效率的X值假如N是24，設置X-1;假如N是510，設置乂=2;假如N是1120，設置乂=3。丫=功率模塊總數(shù)-負載容量模塊數(shù)-冗余模塊數(shù)=10-3-1=6通過上式可以確定休眠模塊數(shù)是6。步驟四、向功率模塊發(fā)送與所述休眠模塊數(shù)相同個數(shù)的休眠信號，收到所述休眠信號的功率模塊進入休眠狀態(tài)，其他功率模塊進入工作狀態(tài)。預先設置休眠定時時間，步驟四的具體操作是隨機向功率模塊發(fā)送與所述休眠模塊數(shù)相同個數(shù)的休眠信號，收到所述休眠信號的功率模塊進入休眠狀態(tài)，其他功率模塊進入工作狀態(tài)；檢測到所述休眠定時時間到或者檢測到負載增大，向所述進入休眠狀態(tài)的功率模塊發(fā)送喚醒信號，所述功率模塊收到所述喚醒信號后進入工作狀態(tài)。歩驟四之后還包括判斷功率模塊是否需要進入休眠狀態(tài)，是，則向一直處于工作狀態(tài)中的所述其他功率模塊發(fā)送所述休眠信號，收到所述休眠信號的功率模塊進入休眠狀態(tài)。步驟一之前還包括判斷旁路電源、主電源、蓄電池組、功率模塊中是否至少有一個出現(xiàn)異常，是，不執(zhí)行步驟一，不是，則執(zhí)行步驟一。下面對本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)的效率和損耗通過計算作一比較負載率是負載功率與實際工作的功率模塊的功率之比，通過負載率可以得到相應的效率和損耗值，如表2所示。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>另功率模塊進入休眠狀態(tài)時，損耗是15W。(1)本發(fā)明負載容量模塊數(shù)是3、冗佘模塊數(shù)是l、休眠模塊數(shù)是6，負載功率25負載率==0.625額定功率x(負載容量模塊數(shù)+冗余模塊數(shù))10x(3+1)負載率是62.5%，通過査表2得到效率是94%，對應的每個工作模塊的損耗是300W，每個休眠模塊的損耗是15W，所以系統(tǒng)總損耗是-300WX4+15WX6=1290W(2)現(xiàn)有技術(shù)負載容量模塊數(shù)是3、冗余模塊數(shù)是7，負載功率25負載率=0.25額定功率x(負載模塊數(shù)+冗余模塊數(shù))10x(3+7)負載率是25%，通過查表2得到效率是89.5%，對應的每個工作模塊的損耗是214W，所以系統(tǒng)總損耗是-214WX10=2140W可見，采用本發(fā)明可以使損耗大大降低。實施例二一種模塊化UPS的節(jié)能控制系統(tǒng)，包括電流檢測電路、監(jiān)控模塊、至少兩個功率模塊，其中，所述電流檢測電路，用于檢測負載功率，將所述負載功率發(fā)送給所述監(jiān)控模塊；所述監(jiān)控模塊，用于將功率模塊總數(shù)劃分為負載容量模塊數(shù)、冗余模塊數(shù)和休眠模塊數(shù)，以及用于記錄可用度的值、負載容量模塊數(shù)與冗余模塊數(shù)，以及用于根據(jù)所述負載容量模塊數(shù)與可用度的值，確定冗余模塊數(shù)，根據(jù)所述功率模塊總數(shù)、負載容量模塊數(shù)與冗余模塊數(shù)，確定所述休眠模塊數(shù)，向功率模塊發(fā)送與所述休眠模塊數(shù)相同個數(shù)的休眠信號，控制所述功率模塊進入休眠或喚醒狀態(tài)。本發(fā)明所述系統(tǒng)，見圖1和2，本發(fā)明模塊化UPS系統(tǒng)包括IO個UPS功率模塊、主電源、旁路電源、電池組、監(jiān)控模塊、靜態(tài)開關(guān)模塊，輸出電路。主電源和旁路電源對外連接商用電網(wǎng)，主電源電壓正常時，主電源通過功率模塊將交流電轉(zhuǎn)化為直流電、再將直流電轉(zhuǎn)化為交流電供給負載，同時對電池組充電，主電源電壓異常時，電池組通過功率模塊將直流電轉(zhuǎn)化為交流電提供給負載。輸出電路包括電流檢測電路，電流檢測電路用來檢測負載上的電流。靜態(tài)開關(guān)模塊可以實現(xiàn)功率模塊輸出的逆變電壓和旁路電源電壓不間斷轉(zhuǎn)換功能。當檢測到逆變電壓正常時，靜態(tài)開關(guān)模塊輸出的電壓來自逆變電壓；當檢測到逆變電壓異?；蛘呦到y(tǒng)實際輸出電流大于系統(tǒng)的過載能力時，靜態(tài)開關(guān)模塊的輸出電壓將從逆變電壓轉(zhuǎn)為旁路電源電壓。監(jiān)控模塊除了完成系統(tǒng)通常的控制、顯示和通信功能以外，還根據(jù)電流檢測電路采集的數(shù)據(jù)向功率模塊發(fā)送休眠與喚醒信號。功率模塊包括主電路，散熱風扇、輔助電源、控制電路。主電路在控制電路的控制下具有對主電源進行功率因數(shù)校正變換成直流電給蓄電池組充電、以及將直流電逆變成交流電功能。功率模塊在多個并聯(lián)工作時其輸出電流具有自動均分功能，對UPS系統(tǒng)而言具有冗余功能或者擴容功能。功率模塊休眠是指功率模塊中的主電路、散熱風扇及部分控制電路等主要功耗電路關(guān)閉不工作，但是功率模塊中輔助電源、部分控制電路繼續(xù)工作。功率模塊喚醒是指主電路和散熱風扇、部分控制電路從關(guān)閉狀態(tài)回到正常工作狀態(tài)。功率模塊休眠采用模塊周期性的自動輪換方式系統(tǒng)中起始休眠的功率模塊是隨機的，系統(tǒng)中休眠功率模塊具有輪換休眠功能，休眠功率模塊休眠周期可以設定。休眠時間到或者負載容量增大或者其它不符合休眠條件出現(xiàn)時，則喚醒該模塊使其正常工作，如果系統(tǒng)需要有模塊休眠時，則輪換為其它功率模塊開始進入休眠。實施例三見圖3，與實施例二的主要區(qū)別在于靜態(tài)開關(guān)在系統(tǒng)中所處位置不同。本實施例的靜態(tài)開關(guān)電路分別位于每個功率模塊內(nèi)部，被稱為分散旁路結(jié)構(gòu)。實施例二的靜態(tài)開關(guān)采用一個獨立的靜態(tài)開關(guān)模塊，被稱為集中旁路結(jié)構(gòu)。本實施例所述的功率模塊包括主電路、靜態(tài)開關(guān)電路、散熱風扇、輔助電源、控制電路。靜態(tài)開關(guān)能根據(jù)系統(tǒng)需要完成逆變電壓和旁路電壓相互不間斷切換功能。本實施例所述功率模塊休眠是指，主電路、靜態(tài)開關(guān)、散熱風扇及部分控制電路等主要功耗電路關(guān)閉不工作，但是功率模塊中輔助電源、部分控制電路繼續(xù)工作。功率模塊喚醒是指主電路、靜態(tài)開關(guān)和散熱風扇、部分控制電路從關(guān)閉狀態(tài)回到正常工作狀態(tài)。本實施例中采用控制部分功率模塊進入休眠狀態(tài)的節(jié)能系統(tǒng)和達到的節(jié)能效果基本與實施例二相同，不再詳述。權(quán)利要求1、一種模塊化UPS的節(jié)能控制方法，其特征在于，包括步驟一、將功率模塊總數(shù)劃分為負載容量模塊數(shù)、冗余模塊數(shù)和休眠模塊數(shù)，所述負載容量模塊數(shù)為負載功率除以單個功率模塊的額定功率，將結(jié)果向上取整；步驟二、預先設置一查詢表，在所述查詢表中記錄了可用度的值、負載容量模塊數(shù)與冗余模塊數(shù)組合的值，所述可用度的值和所述負載容量模塊數(shù)與冗余模塊數(shù)組合的值一一對應；步驟三、在所述查詢表中，根據(jù)所述負載容量模塊數(shù)與可用度的值，查找到冗余模塊數(shù)，然后根據(jù)所述功率模塊總數(shù)、負載容量模塊數(shù)與冗余模塊數(shù)，確定所述休眠模塊數(shù)；步驟四、向功率模塊發(fā)送與所述休眠模塊數(shù)相同個數(shù)的休眠信號，收到所述休眠信號的功率模塊進入休眠狀態(tài)，其他功率模塊進入工作狀態(tài)。2、按照權(quán)利要求1所述模塊化UPS的節(jié)能控制方法，其特征在于，在所述步驟三中，預設一個可用度的值，在所述査詢表中，根據(jù)所述負載容量模塊數(shù)査找滿足大于所述可用度的值中最小的可用度的值，根據(jù)所述最小的可用度的值查找到最小的冗余模塊數(shù)。3、按照權(quán)利要求1所述模塊化UPS的節(jié)能控制方法，其特征在于，預先設置休眠定時時間，步驟四的具體操作是隨機向功率模塊發(fā)送與所述休眠模塊數(shù)相同個數(shù)的休眠信號，收到所述休眠信號的功率模塊進入休眠狀態(tài)，其他功率模塊為正常工作狀態(tài)；檢測到所述休眠定時時間到或者檢測到負載增大，向所述進入休眠狀態(tài)的功率模塊發(fā)送喚醒信號，所述功率模塊收到所述喚醒信號后進入正常工作狀態(tài)。4、按照權(quán)利要求3所述模塊化UPS的節(jié)能控制方法，其特征在于，步驟四之后還包括判斷是否需要部分功率模塊進入休眠狀態(tài)，是，則向一直處于工作狀態(tài)中的部分功率模塊發(fā)送所述休眠信號，收到所述休眠信號的功率模塊進入休眠狀態(tài)。5、按照權(quán)利要求1所述模塊化UPS的節(jié)能控制方法，其特征在于，步驟l之前還包括判斷旁路電源、主電源、蓄電池組、功率模塊中是否至少有一個出現(xiàn)異常，是，不執(zhí)行歩驟一，不是，則執(zhí)行步驟一。6、一種模塊化UPS的節(jié)能控制系統(tǒng)，其特征在于，包括電流檢測電路、監(jiān)控模塊、至少兩個功率模塊，其中，所述電流檢測電路，用于檢測負載功率，將所述負載功率發(fā)送給所述監(jiān)控模塊；所述監(jiān)控模塊，用于將功率模塊總數(shù)劃分為負載容量模塊數(shù)、冗余模塊數(shù)和休眠模塊數(shù)，以及用于記錄可用度的值、負載容量模塊數(shù)與冗余模塊數(shù)，以及用于根據(jù)所述負載容量模塊數(shù)與可用度的值，確定冗余模塊數(shù)，根據(jù)所述功率模塊總數(shù)、負載容量模塊數(shù)與冗余模塊數(shù)，確定所述休眠模塊數(shù)，向所述功率模塊發(fā)送與所述休眠模塊數(shù)相同個數(shù)的休眠信號，控制所述功率模塊進入休眠或喚醒狀態(tài)。全文摘要本發(fā)明公開了一種模塊化UPS的節(jié)能控制方法及系統(tǒng)，包括將功率模塊總數(shù)劃分為負載容量模塊數(shù)、冗余模塊數(shù)和休眠模塊數(shù)；預先設置一查詢表，在所述查詢表中記錄了可用度的值、負載容量模塊數(shù)與冗余模塊數(shù)組合的值；在所述查詢表中，根據(jù)所述負載容量模塊數(shù)與可用度的值，查找到冗余模塊數(shù)，然后根據(jù)所述功率模塊總數(shù)、負載容量模塊數(shù)與冗余模塊數(shù)，確定所述休眠模塊數(shù)；向功率模塊發(fā)送與所述休眠模塊數(shù)相同個數(shù)的休眠信號，收到所述休眠信號的功率模塊進入休眠狀態(tài)，其他功率模塊進入工作狀態(tài)。本發(fā)明既保證系統(tǒng)的安全冗余和可用度，又提高了模塊化UPS系統(tǒng)的工作效率，還能提高功率模塊的使用壽命，從而提高系統(tǒng)的可靠性。文檔編號H02J7/00GK101562349SQ200910107008公開日2009年10月21日申請日期2009年4月28日優(yōu)先權(quán)日2009年4月28日發(fā)明者張南山,謝鳳華,陳坤鵬申請人:中興通訊股份有限公司