Сравнение на съвременни статични и ротационни UPS. Статичните UPS достигнаха ли своя лимит?

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.

Сравнение на съвременни статични и ротационни UPS. Статичните UPS достигнаха ли своя лимит?

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.

Сравнение на съвременни статични и ротационни UPS. Статичните UPS достигнаха ли своя лимит?

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).

Сравнение на съвременни статични и ротационни UPS. Статичните UPS достигнаха ли своя лимит?

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.

Сравнение на съвременни статични и ротационни UPS. Статичните UPS достигнаха ли своя лимит?

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

Добавяне на нов коментар