Trh IT průmyslu je největším spotřebitelem nepřerušitelných zdrojů napájení (UPS), které využívají přibližně 75 % všech vyrobených UPS. Roční celosvětové prodeje zařízení UPS do všech typů datových center, včetně podnikových, komerčních a ultravelkých, jsou 3 miliardy USD. Roční nárůst prodeje UPS zařízení v datových centrech se přitom blíží 10 % a zdá se, že to není limit.
Datová centra jsou stále větší a větší a to zase vytváří nové výzvy pro energetickou infrastrukturu. I když se vede dlouhá debata o tom, jak jsou statické UPS lepší než dynamické a naopak, jedna věc, na které se většina inženýrů shodne, je, že čím vyšší výkon, tím vhodnější elektrické stroje s ním zvládají: generátory se používají k výrobě elektrické energie v elektrárnách.
Všechny dynamické UPS používají motorgenerátory, ale mají různé konstrukce a rozhodně mají odlišné vlastnosti a vlastnosti. Jedním z těchto celkem běžných UPS je řešení s mechanicky připojeným dieselovým motorem – diesel rotační UPS (DRIBP). Ve světové praxi výstavby datových center je však skutečná konkurence mezi statickou UPS a další dynamickou technologií UPS - rotační UPS, což je kombinace elektrického stroje, který produkuje sinusové napětí přirozeného tvaru a výkonové elektroniky. Takové rotační UPS mají elektrické spojení se zásobníky energie, kterými mohou být buď baterie, nebo setrvačníky.
Moderní pokroky v technologii řízení, spolehlivosti, účinnosti a hustotě výkonu, stejně jako nižší jednotkové náklady na napájení UPS, jsou faktory, které nejsou jedinečné pro statické UPS. Nedávno představená řada Piller UB-V je důstojnou alternativou.
Podívejme se dále na některá klíčová kritéria pro posuzování a výběr systému UPS pro moderní velké datové centrum, v kontextu, jehož technologie se jeví jako vhodnější.
1. Kapitálové náklady
Je pravda, že statické UPS mohou nabídnout nižší cenu za kW pro menší systémy UPS, ale tato výhoda rychle vyprchá, pokud jde o větší napájecí systémy. Modulární koncepce, kterou jsou výrobci statických UPS nevyhnutelně nuceni přijmout, se točí kolem paralelního připojení velkého počtu UPS s malým jmenovitým výkonem, například o velikosti 1 kW, jak je uvedeno v příkladu níže. Tento přístup umožňuje dosáhnout požadované hodnoty výstupního výkonu daného systému, ale kvůli složitosti mnoha duplikovaných prvků ztrácí 250-20 % nákladové výhody oproti ceně řešení založeného na rotačních UPS. Navíc i toto paralelní zapojení modulů má omezení na počet jednotek v jednom UPS systému, poté musí být paralelní samotné paralelní modulární systémy, což dále prodražuje řešení kvůli dalším rozvodným zařízením a kabelům.
Stůl 1. Příklad řešení pro IT zátěž 48 MW. Větší velikost monobloků UB-V šetří čas i peníze.
2. Spolehlivost
V posledních letech se datová centra stávají stále více komoditními podniky, přičemž spolehlivost je stále více považována za samozřejmost. V tomto ohledu rostou obavy, že to v budoucnu povede k problémům. Protože operátoři usilují o maximální odolnost proti chybám (počet „9“) a předpokládá se, že nedostatky technologie statického UPS lze nejlépe překonat nízkou dobou opravy (MTTR) díky schopnosti rychle a za provozu vyměnit moduly UPS. Ale tento argument může být sebezničující. Čím více modulů je zapojeno, tím vyšší je pravděpodobnost selhání a co je důležitější, tím vyšší je riziko, že taková porucha povede ke ztrátě zátěže v celém systému. Je lepší nemít vůbec žádné pády.
Znázornění závislosti počtu poruch zařízení na hodnotě doby mezi poruchami (MTBF) při běžném provozu je na Obr. 1 a odpovídající výpočty.
Rýže. 1. Závislost počtu poruch zařízení na ukazateli MTBF.
Pravděpodobnost poruchy zařízení Q(t) během normálního provozu, v části (II) grafu křivky normální poruchy, je docela dobře popsána zákonem exponenciálního rozdělení náhodných veličin Q(t) = e-(λx t), kde λ = 1/MTBF – poruchy intenzity a t je doba provozu v hodinách. V souladu s tím po čase t bude N(t) instalací v bezproblémovém stavu z počátečního počtu všech instalací N(0): N(t) = Q(t)*N(0).
Průměrná MTBF statických UPS je 200.000 1.300.000 hodin a MTBF rotačních UPS řady UB-V Piller je 10 36 7 hodin. Výpočty ukazují, že za 1 let provozu dojde k havárii 86 % statických UPS a pouze 240 % rotačních UPS. Vezmeme-li v úvahu různé množství zařízení UPS (tabulka 2), znamená to 20 poruch z 48 statických modulů UPS a 10 poruchy z XNUMX rotačních modulů UPS Piller ve stejném datovém centru s užitečným zatížením IT XNUMX MW nad XNUMX let provozu.
Zkušenosti s provozem statických UPS v datových centrech v Rusku a po celém světě potvrzují spolehlivost výše uvedených výpočtů, založených na statistikách poruch a oprav dostupných z otevřených zdrojů.
Všechny rotační UPS Piller a zejména řada UB-V využívají elektrický stroj pro generování čisté sinusovky a nepoužívají výkonové kondenzátory a IGBT tranzistory, které jsou velmi často příčinou poruch všech statických UPS. Statický UPS je navíc komplexní součástí systému napájení. Složitost snižuje spolehlivost. Rotační UPS UB-V mají méně součástí a robustnější konstrukci systému (motor-generátor), což zvyšuje spolehlivost.
3. Energetická účinnost
Moderní statické UPS mají mnohem lepší online (nebo "normální" režim) energetickou účinnost než jejich předchůdci. Typicky se špičkovými hodnotami účinnosti 96,3 %. Často jsou uváděny vyšší hodnoty, ale toho lze dosáhnout pouze tehdy, když statický UPS pracuje přepínáním mezi online a alternativními režimy (např. ECO režim). Při použití alternativního režimu úspory energie však zátěž pracuje z vnější sítě bez jakékoli ochrany. Z tohoto důvodu v praxi ve většině případů datová centra využívají pouze online režim.
Rotační UPS řady Piller UB-V během normálního provozu nemění stav, přičemž poskytují až 98% účinnost online při 100% zátěži a 97% účinnost při 50% zátěži.
Tento rozdíl v energetické účinnosti umožňuje dosáhnout významných úspor elektrické energie během provozu (tabulka 2).
Stůl 2. Úspora nákladů na energii v datovém centru se zátěží IT 48 MW.
4. Místo obsazeno
Statické UPS pro všeobecné použití se staly výrazně kompaktnějšími s přechodem na technologii IGBT a odstraněním transformátorů. Avšak i když vezmeme v úvahu tuto okolnost, rotační UPS řady UB-V poskytují zisk 20% nebo více, pokud jde o prostor obsazený na jednotku výkonu. Výsledné úspory místa lze využít jak ke zvýšení výkonu energetického centra, tak ke zvětšení „bílého“, užitečného prostoru budovy pro umístění dalších serverů.
Rýže. 2. Prostor obsazený 2 MW UPS různých technologií. Skutečné instalace v měřítku.
5. Dostupnost
Jedním z klíčových ukazatelů dobře navrženého, postaveného a provozovaného datového centra je jeho vysoká odolnost. Zatímco 100% dostupnost je vždy cílem, zprávy uvádějí, že více než 30 % světových datových center zaznamená alespoň jeden neplánovaný výpadek ročně. Mnohé z nich jsou způsobeny lidskou chybou, ale důležitou roli hraje také energetická infrastruktura. Řada UB-V využívá osvědčenou technologii rotačního UPS Piller v monoblokovém provedení, jejíž spolehlivost je výrazně vyšší než u všech ostatních technologií. Navíc samotné UPS UB-V v datových centrech s řádně kontrolovaným prostředím nevyžadují každoroční odstávky z důvodu údržby.
6. Flexibilita
IT systémy datových center jsou často aktualizovány a modernizovány během 3-5 let. Infrastruktura napájení a chlazení proto musí být dostatečně flexibilní, aby se tomu přizpůsobila, a dostatečně odolné vůči budoucnosti. Konvenční statické UPS i UB-V UPS lze konfigurovat různými způsoby.
Rozsah řešení založených na posledně jmenovaném je však širší a obecně řečeno, protože to přesahuje rámec tohoto článku, umožňuje realizovat systémy nepřerušitelného napájení při napětí středního napětí 6-30 kV, pracovat na sítích s obnovitelnými a alternativními zdroji výroby, budovat nákladově efektivní, vysoce spolehlivé systémy s izolovanou paralelní sběrnicí (IP Bus), odpovídající úrovni uživatelského rozhraní Tier IV v konfiguraci N+1.
Závěrem lze vyvodit několik závěrů. Čím více se datová centra rozvíjejí, tím složitější je úkol jejich optimalizace, kdy je nutné současně kontrolovat ekonomické ukazatele, aspekty spolehlivosti, reputace a minimalizace dopadů na životní prostředí. Statické UPS byly a budou v budoucnu používány v datových centrech. Je však také nepopiratelné, že existují alternativy k existujícím přístupům v oblasti napájecích systémů, které mají oproti „staré dobré statice“ značné výhody.
Zdroj: www.habr.com