يعد سوق صناعة تكنولوجيا المعلومات أكبر مستهلك لمصادر الطاقة غير المنقطعة (UPS) ، باستخدام ما يقرب من 75٪ من إجمالي UPS المنتجة. تبلغ المبيعات العالمية السنوية لمعدات UPS في جميع أنواع مراكز البيانات ، بما في ذلك الشركات والتجارية والكبيرة جدًا ، 3 مليارات دولار. في الوقت نفسه ، تقترب الزيادة السنوية في مبيعات أجهزة UPS في مراكز البيانات من 10٪ ويبدو أن هذا ليس الحد الأقصى.
أصبحت مراكز البيانات أكبر وأكبر وهذا بدوره يخلق تحديات جديدة للبنية التحتية للطاقة. على الرغم من وجود نقاش طويل حول مكان تفوق UPS الثابت على UPS الديناميكي والعكس صحيح ، هناك شيء واحد يتفق عليه معظم المهندسين - وهو أنه كلما زادت الطاقة ، كانت الآلات الكهربائية أكثر ملاءمة للعمل معها: المولدات المستخدمة. لتوليد الكهرباء في محطات توليد الكهرباء.
تستخدم جميع وحدات UPS الديناميكية مولدات بمحركات ، ومع ذلك فهي ذات تصميمات مختلفة وتختلف بالتأكيد في الميزات والأداء. أحد هذه UPS الشائعة إلى حد ما هو حل محرك الديزل المتصل ميكانيكيًا ، UPS الدوارة للديزل (DRIBP). ومع ذلك ، في الممارسة العالمية لبناء مراكز البيانات ، تكون المنافسة الحقيقية بين UPS الاستاتيكية وتقنية UPS الديناميكية الأخرى - UPS الدوارة ، وهي مزيج من آلة كهربائية تولد جهدًا جيبيًا للشكل الطبيعي وإلكترونيات الطاقة. يتم توصيل وحدات UPS الدوارة كهربائيًا بأجهزة تخزين الطاقة ، والتي يمكن أن تكون إما بطاريات أو حذافات.
تعتبر التطورات الحديثة في تكنولوجيا التحكم والموثوقية والكفاءة وكثافة الطاقة ، فضلاً عن خفض تكلفة وحدة طاقة UPS من العوامل التي لا تنفرد بها وحدات UPS الثابتة. تعتبر سلسلة Piller UB-V التي تم تقديمها مؤخرًا بديلاً جيدًا.
دعنا نلقي نظرة على بعض المعايير الرئيسية لتقييم واختيار نظام UPS لمركز بيانات كبير حديث في سياق التكنولوجيا التي تبدو أنها الأفضل.
1. تكاليف رأس المال
صحيح أن UPS الثابتة يمكن أن تقدم سعرًا أقل لكل كيلوواط لأنظمة UPS الأصغر ، ولكن هذه الميزة تتبخر بسرعة عندما يتعلق الأمر بأنظمة الطاقة العالية. يدور المفهوم المعياري الذي يتعين على مصنعي UPS الاستاتيكية اعتماده بشكل حتمي حول موازاة عدد كبير من وحدات UPS منخفضة الطاقة ، مثل حجم 1kW الموضح في المثال أدناه. يسمح هذا النهج بتحقيق طاقة خرج النظام المطلوبة ، ولكن نظرًا لتعقيد العديد من العناصر الزائدة عن الحاجة ، فإنه يفقد ميزة التكلفة بنسبة تتراوح بين 250 و 20٪ مقارنةً بتكلفة الحل الذي يعتمد على وحدات UPS الدوارة. علاوة على ذلك ، حتى هذا الاتصال المتوازي للوحدات النمطية له حدود على عدد الوحدات في نظام UPS واحد ، وبعد ذلك يجب أن تكون الأنظمة المعيارية المتوازية نفسها متوازية ، مما يزيد من تكلفة الحل بسبب المفاتيح والكابلات الإضافية.
فاتورة غير مدفوعة. 1. مثال على حل لتحميل تكنولوجيا المعلومات 48 ميجاوات. يوفر الحجم الأكبر للكتل الأحادية UB-V الوقت والمال.
2. الموثوقية
في السنوات الأخيرة ، أصبحت مراكز البيانات أكثر فأكثر مؤسسات ذات طابع سلعي ، بينما أصبحت الموثوقية على نحو متزايد أمرا مفروغا منه. في هذا الصدد ، تتزايد المخاوف من أن يؤدي ذلك إلى مشاكل في المستقبل. نظرًا لأن المشغلين يهدفون إلى الحصول على أعلى تصنيف للتسامح مع الخطأ (رقم 9) ومن المفترض أن أوجه القصور في تقنية UPS الثابتة يتم التغلب عليها بشكل أفضل من خلال وقت قصير للإصلاح (MTTR) من خلال القدرة على تبديل وحدات UPS بشكل سريع وسريع. لكن هذه الحجة يمكن أن تكون مدمرة للذات. كلما زاد عدد الوحدات المعنية ، زاد احتمال الفشل ، والأهم من ذلك ، زاد خطر أن يؤدي هذا الفشل إلى فقدان الحمل في النظام ككل. من الأفضل عدم حدوث أي أعطال على الإطلاق.
يوضح الشكل توضيحًا لاعتماد عدد أعطال المعدات على قيمة الوقت بين الأعطال (MTBF) أثناء التشغيل العادي. 1 والحسابات المقابلة.
أرز. 1. اعتماد عدد أعطال المعدات على مؤشر MTBF.
يتم وصف احتمالية تعطل المعدات Q (t) أثناء التشغيل العادي ، في القسم (II) من الرسم البياني لمنحنى الفشل العادي ، جيدًا من خلال القانون الأسي لتوزيع المتغيرات العشوائية Q (t) = e- (λx t ) ، حيث λ = 1 / MTBF هي إخفاقات الحدة ، و t هي وقت التشغيل بالساعات. وفقًا لذلك ، بعد فترة زمنية t في حالة خالية من المتاعب ، ستكون هناك تركيبات N (t) من العدد الأولي لجميع التركيبات N (0): N (t) = Q (t) * N (0).
يبلغ متوسط MTBF لأجهزة UPS الثابتة 200.000 ساعة ، بينما يبلغ متوسط MTBF لأجهزة UPS الدوارة لسلسلة UB-V Piller 1.300.000 ساعة. يُظهر الحساب أنه على مدار 10 سنوات من التشغيل ، ستتعرض 36٪ من وحدات UPS الثابتة لحادث ، و 7٪ فقط من وحدات UPS الدوارة. مع الأخذ في الاعتبار العدد المختلف لمعدات UPS (الجدول 1) ، فهذا يعني 86 إخفاقًا من أصل 240 وحدة UPS ثابتة وفشلان من أصل 2 UPS دوارة من نوع Piller ، في نفس مركز البيانات مع حمولة 20 ميجاوات من تكنولوجيا المعلومات على مدار 48 سنوات من التشغيل.
تؤكد تجربة تشغيل UPS الثابتة في مراكز البيانات في روسيا وفي العالم على موثوقية الحسابات المذكورة أعلاه ، بناءً على إحصائيات الأعطال والإصلاحات المتاحة من المصادر المفتوحة.
تستخدم جميع وحدات UPS الدوارة من نوع Piller ، ولا سيما سلسلة UB-V ، آلة كهربائية لتوليد موجة جيبية نقية ولا تستخدم مكثفات الطاقة وترانزستورات IGBT ، والتي غالبًا ما تكون سبب الفشل في جميع وحدات UPS الثابتة. علاوة على ذلك ، يعد UPS الثابت جزءًا معقدًا من نظام إمداد الطاقة. التعقيد يقلل من الموثوقية. تحتوي وحدات UPS الدوارة UB-V على مكونات أقل وتصميم نظام أكثر قوة (مولد محرك) لتحسين الموثوقية.
3. كفاءة الطاقة
تتمتع وحدات UPS الثابتة الحديثة بكفاءة طاقة أفضل عبر الإنترنت (أو الوضع "العادي") من سابقاتها. كقاعدة عامة ، مع قيم كفاءة قصوى عند مستوى 96,3٪. غالبًا ما يتم تقديم أرقام أعلى ، ولكن لا يمكن تحقيق ذلك إلا عند تشغيل UPS الثابت ، والتبديل بين الوضعين عبر الإنترنت والوضع البديل (مثل الوضع الاقتصادي). ومع ذلك ، عند استخدام وضع توفير الطاقة البديل ، يتم تشغيل الحمل من الشبكة الخارجية دون أي حماية. لهذا السبب ، في الممارسة العملية في مراكز البيانات في معظم الحالات ، يتم استخدام وضع الاتصال فقط.
سلسلة Piller UB-V من UPS الدوارة لا تغير حالتها أثناء التشغيل العادي مع استمرار توفير ما يصل إلى 98٪ من الكفاءة عبر الإنترنت عند تحميل 100٪ و 97٪ عند تحميل 50٪.
يتيح لك هذا الاختلاف في كفاءة الطاقة تحقيق وفورات كبيرة في الكهرباء أثناء التشغيل (الجدول 2).
فاتورة غير مدفوعة. 2. توفير تكاليف الطاقة في مركز البيانات 48 ميجاوات من حمل تكنولوجيا المعلومات.
4. المساحة المشغولة
أصبحت UPS الثابتة للأغراض العامة أكثر إحكاما بشكل ملحوظ مع الانتقال إلى تقنية IGBT والقضاء على المحولات. ومع ذلك ، حتى مع مراعاة هذا الظرف ، فإن وحدات UPS الدوارة من سلسلة UB-V تعطي ربحًا بنسبة 20 ٪ أو أكثر من حيث المساحة المشغولة لكل وحدة طاقة. يمكن استخدام التوفير الناتج في المساحة لزيادة سعة مركز الطاقة وزيادة المساحة "البيضاء" المفيدة للمبنى لاستيعاب خوادم إضافية.
أرز. 2. مساحة تشغلها 2MW UPS بتقنيات مختلفة. المنشآت الحقيقية على نطاق واسع.
5. التوافر
أحد المؤشرات الرئيسية لمركز بيانات جيد التصميم والبناء والتشغيل هو نسبة تحمل الأخطاء العالية. في حين أن وقت التشغيل بنسبة 100٪ هو الهدف دائمًا ، تشير التقارير إلى أن أكثر من 30٪ من مراكز البيانات في العالم تعاني على الأقل من انقطاع واحد غير مخطط له سنويًا. العديد من هذه المشاكل ناتجة عن خطأ بشري ، لكن البنية التحتية للطاقة تلعب أيضًا دورًا مهمًا. تستخدم سلسلة UB-V سنوات من تقنية UPS الدوارة أحادية الكتلة التي أثبتت كفاءتها والتي تتفوق بكثير في الموثوقية على أي تقنية أخرى. علاوة على ذلك ، لا تحتاج UPS UB-V نفسها في مراكز البيانات ذات البيئة التي يتم التحكم فيها بشكل صحيح إلى الإغلاق سنويًا للصيانة.
6. المرونة
في كثير من الأحيان ، يتم تحديث أنظمة تكنولوجيا المعلومات الخاصة بمركز البيانات وترقيتها في غضون 3-5 سنوات. لذلك ، يجب أن تكون البنى التحتية للطاقة والتبريد مرنة بما يكفي لتلبية ذلك ولديها آفاق مستقبلية كافية. يمكن تكوين كل من UPS الثابت التقليدي و UB-V UPS بطرق مختلفة.
ومع ذلك ، فإن تكوين الحلول القائمة على هذا الأخير أوسع ، وبشكل عام ، نظرًا لأنه خارج نطاق هذه المقالة ، فإنه يجعل من الممكن تنفيذ أنظمة الإمداد بالطاقة غير المنقطعة بجهد متوسط 6-30 كيلو فولت ، للعمل عليها شبكات ذات مصادر توليد متجددة وبديلة ، لبناء أنظمة ناقل IP فعالة من حيث التكلفة وموثوقة للغاية ومتوافقة مع واجهة مستخدم Tier IV في تكوين N + 1.
في الختام ، يمكن استخلاص عدة استنتاجات. كلما زاد تطوير مراكز البيانات ، زادت صعوبة مهمة تحسينها عندما يكون من الضروري التحكم في المؤشرات الاقتصادية وجوانب الموثوقية والسمعة وتقليل التأثير البيئي في نفس الوقت. تم استخدام UPS الثابتة وستستمر في استخدامها في مراكز البيانات في المستقبل. ومع ذلك ، لا يمكن إنكار وجود بدائل للنهج الحالية في مجال أنظمة الإمداد بالطاقة التي لها مزايا كبيرة على "الإحصائيات القديمة الجيدة".
المصدر: www.habr.com