Пазарът на ИТ индустрията е най-големият потребител на непрекъсваеми захранващи устройства (UPS), като използва приблизително 75% от всички произведени UPS. Годишните глобални продажби на UPS оборудване за всички видове центрове за данни, включително корпоративни, търговски и свръхголеми, са $3 милиарда. В същото време годишното увеличение на продажбите на UPS оборудване в центрове за данни наближава 10% и изглежда, че това не е границата.
Центровете за данни стават все по-големи и това от своя страна създава нови предизвикателства пред енергийната инфраструктура. Въпреки че има дълъг дебат за това как статичните UPS превъзхождат динамичните и обратното, едно нещо, с което повечето инженери ще се съгласят е, че колкото по-висока е мощността, толкова по-подходящи електрически машини са да се справят с нея: генераторите се използват за генериране електрическа енергия в електроцентрали.
Всички динамични UPS използват моторни генератори, но те са с различен дизайн и определено имат различни функции и характеристики. Един от тези доста често срещани UPS е решение с механично свързан дизелов двигател - дизелов ротационен UPS (DRIBP). Въпреки това, в световната практика на изграждане на центрове за данни, истинска конкуренция е между статични UPS и друга динамична UPS технология - ротационни UPS, която е комбинация от електрическа машина, която произвежда синусоидално напрежение с естествена форма и силова електроника. Такива ротационни UPS имат електрическа връзка с устройства за съхранение на енергия, които могат да бъдат или батерии, или маховици.
Съвременният напредък в технологията за управление, надеждността, ефективността и плътността на мощността, както и по-ниската единична цена на мощността на UPS, са фактори, които не са уникални за статични UPS. Наскоро представената серия Piller UB-V е достойна алтернатива.
Нека разгледаме по-нататък някои от ключовите критерии за оценка и избор на UPS система за модерен голям център за данни в контекста на коя технология изглежда за предпочитане.
1. Капиталови разходи
Вярно е, че статичните UPS могат да предложат по-ниска цена на kW за по-малки UPS системи, но това предимство бързо се изпарява, когато става въпрос за по-големи енергийни системи. Модулната концепция, която производителите на статични UPS неизбежно са принудени да приемат, се върти около паралелното свързване на голям брой UPS с малка номинална мощност, например с размери 1 kW, както в примера по-долу. Този подход ви позволява да постигнете необходимата стойност на дадена изходна мощност на системата, но поради сложността на много дублирани елементи, тя губи 250-20% от предимството в цената в сравнение с цената на решение, базирано на ротационни UPS. Нещо повече, дори това паралелно свързване на модули има ограничения за броя на модулите в една UPS система, след което самите паралелни модулни системи трябва да са паралелни, което допълнително оскъпява решението поради допълнителни разпределителни устройства и кабели.
Таблица 1. Пример за решение за IT товар от 48 MW. По-големият размер на моноблоковете UB-V спестява време и пари.
2. Надеждност
През последните години центровете за данни се превръщат във все по-комерситизирани предприятия, докато надеждността все повече се приема за даденост. В тази връзка нарастват опасенията, че това ще доведе до проблеми в бъдеще. Тъй като операторите се стремят към максимална устойчивост на грешки (число „9“) и се предполага, че недостатъците на статичната UPS технология се преодоляват най-добре чрез ниското време за ремонт (MTTR) поради възможността за бърза и гореща смяна на UPS модули. Но този аргумент може да бъде самоунищожителен. Колкото повече модули са включени, толкова по-голяма е вероятността от повреда и, което е по-важно, по-висок е рискът такава повреда да доведе до загуба на натоварване в цялата система. По-добре е изобщо да няма сривове.
Илюстрация на зависимостта на броя на отказите на оборудването от стойността на времето между отказите (MTBF) по време на нормална работа е показана на фиг. 1 и съответните изчисления.
Ориз. 1. Зависимост на броя на отказите на оборудването от показателя MTBF.
Вероятността за повреда на оборудването Q(t) по време на нормална работа, в раздел (II) на графиката на кривата на нормалната повреда, се описва доста добре от закона за експоненциално разпределение на случайните променливи Q(t) = e-(λx t), където λ = 1/MTBF – интензивност на повреди, а t е времето на работа в часове. Съответно след време t ще има N(t) инсталации в безпроблемно състояние от първоначалния брой на всички инсталации N(0): N(t) = Q(t)*N(0).
Средният MTBF на статични UPS е 200.000 1.300.000 часа, а MTBF на ротационни UPS серия UB-V Piller е 10 36 7 часа. Изчисленията показват, че за 1 години работа 86% от статичните UPS ще претърпят авария и само 240% от ротационните UPS. Като се вземат предвид различните количества UPS оборудване (Таблица 2), това означава 20 повреди от 48 статични UPS модула и 10 повреди от XNUMX Piller ротационни UPS модула, в един и същи център за данни с полезно ИТ натоварване от XNUMX MW над XNUMX години експлоатация.
Опитът в експлоатацията на статични UPS устройства в центрове за данни в Русия и по света потвърждава надеждността на горните изчисления, базирани на статистически данни за повреди и ремонти, достъпни от отворени източници.
Всички ротационни UPS устройства на Piller, и по-специално серията UB-V, използват електрическа машина за генериране на чиста синусоида и не използват силови кондензатори и IGBT транзистори, които много често са причина за повреди във всички статични UPS устройства. Освен това статичният UPS е сложна част от захранващата система. Сложността намалява надеждността. Ротационните UPS UB-V имат по-малко компоненти и по-здрав дизайн на системата (мотор-генератор), което повишава надеждността.
3. Енергийна ефективност
Съвременните статични UPS имат много по-добра онлайн (или "нормален" режим) енергийна ефективност от своите предшественици. Обикновено с пикови стойности на ефективност от 96,3%. Често се цитират по-високи цифри, но това е постижимо само когато статичният UPS работи чрез превключване между онлайн и алтернативни режими (напр. ECO-режим). Въпреки това, когато се използва алтернативен енергоспестяващ режим, товарът работи от външната мрежа без никаква защита. Поради тази причина на практика в повечето случаи центровете за данни използват само онлайн режим.
Серията ротационни UPS устройства Piller UB-V не променят състоянието си по време на нормална работа, като същевременно осигуряват до 98% ефективност онлайн при 100% ниво на натоварване и 97% ефективност при 50% ниво на натоварване.
Тази разлика в енергийната ефективност ви позволява да постигнете значителни икономии на електроенергия по време на работа (Таблица 2).
Таблица 2. Спестяване на разходи за енергия в център за данни с 48 MW ИТ натоварване.
4. Заето място
Статичните UPS с общо предназначение станаха значително по-компактни с прехода към IGBT технология и премахването на трансформаторите. Въпреки това, дори като се вземе предвид това обстоятелство, ротационните UPS от серията UB-V осигуряват печалба от 20% или повече по отношение на пространството, заето на единица мощност. Получените икономии на пространство могат да се използват както за увеличаване на мощността на енергийния център, така и за увеличаване на „бялото“, полезно пространство на сградата за настаняване на допълнителни сървъри.
Ориз. 2. Пространство, заето от 2 MW UPS с различни технологии. Реални инсталации в мащаб.
5. Наличност
Един от ключовите показатели за добре проектиран, изграден и управляван център за данни е неговият висок фактор на устойчивост. Докато 100% непрекъсната работа винаги е цел, докладите показват, че повече от 30% от центровете за данни в света изпитват поне един непланиран прекъсване на работа годишно. Много от тях са причинени от човешка грешка, но енергийната инфраструктура също играе важна роля. Серията UB-V използва доказана ротационна UPS технология Piller в моноблоков дизайн, чиято надеждност е значително по-висока от всички други технологии. Освен това самите UB-V UPS в центрове за данни с правилно контролирана среда не изискват годишно спиране за поддръжка.
6. Гъвкавост
Често ИТ системите на центровете за данни се актуализират и модернизират в рамките на 3-5 години. Следователно инфраструктурите за захранване и охлаждане трябва да бъдат достатъчно гъвкави, за да се приспособят към това и да бъдат достатъчно устойчиви на бъдещето. Както конвенционалните статични UPS, така и UB-V UPS могат да бъдат конфигурирани по различни начини.
Обхватът на решенията, базирани на последното обаче, е по-широк и, най-общо казано, тъй като това е извън обхвата на тази статия, това позволява да се внедряват системи за непрекъсваемо захранване при средно напрежение от 6-30 kV, до работа върху мрежи с възобновяеми и алтернативни източници на генериране, за изграждане на рентабилни, високонадеждни системи с изолирана паралелна шина (IP шина), съответстваща на Tier IV UI ниво в N+1 конфигурация.
Като заключение могат да се направят няколко извода. Колкото повече се развиват центровете за данни, толкова по-сложна става задачата за тяхното оптимизиране, когато е необходимо едновременно да се контролират икономически показатели, аспекти на надеждност, репутация и минимизиране на въздействието върху околната среда. Статичните UPS устройства са били и ще бъдат използвани в бъдеще в центровете за данни. Но също така е безспорно, че съществуват алтернативи на съществуващите подходи в областта на захранващите системи, които имат значителни предимства пред „добрата стара статика“.
Източник: www.habr.com