Krátký průvodce pro nováčky o tom, proč jsou modulární UPS lepší a jak k tomu došlo.
Zdroje nepřerušovaného napájení pro datová centra podle architektury se dělí do dvou velkých skupin: monoblokové a modulární. První spadají do tradičního typu UPS, druhé jsou relativně nové a vyspělejší.
Jak se liší monoblokové a modulární UPS
V monoblokových zdrojích nepřerušovaného napájení je výstupní výkon zajištěn jedním napájecím blokem. V modulárních UPS jsou hlavní komponenty vyrobeny jako jednotlivé moduly, které jsou umístěny v unifikovaných skříních a pracují společně. Každý z těchto modulů je vybaven řídicím procesorem, nabíjecí jednotkou, invertorem a usměrňovačem, takže představuje plnohodnotnou napájecí část UPS.
Vysvětlíme to jednoduchým příkladem. Pokud vezmeme dva zdroje nepřerušovaného napájení – monoblokový a modulární – o výkonu 40 kVA, pak první bude mít jeden napájecí modul o výkonu 40 kVA, zatímco druhý se bude skládat například ze čtyř napájecích modulů, každý o výkonu 10 kVA.
Možnosti škálovatelnosti
Při používání monoblokových UPS se zvýšením poptávky po elektrické energii je nutné paralelně k existujícímu připojit ještě jeden plnohodnotný blok stejného výkonu. To je poměrně složitý proces.
Modulární řešení se vyznačují větší konstrukční flexibilitou. V tomto případě je k již fungujícímu bloku možné připojit jeden nebo několik modulů. To je poměrně jednoduchá procedura, kterou lze provést během krátkého času.
Možnosti postupného zvyšování výkonu
Postupné zvyšování výkonu je důležité na počátku provozu datového centra. Je zcela logické, že v prvních měsících bude vytíženo na 30–40 %. Praktické a ekonomičtější je používat zdroje nepřerušovaného napájení, které jsou navrženy právě na tento výkon. S přibývajícími klienty se vytížení datového centra zvýší a tím vzroste i potřeba dalšího elektrického napájení.
Výkon UPS lze pohodlně zvyšovat postupně spolu s technickou infrastrukturou. Při použití monoblokových zdrojů nepřerušovaného napájení není postupné zvyšování výkonu v principu možné. U modulárních UPS se to snadno realizuje.
Spolehlivost UPS
Pokud jde o spolehlivost, budeme operovat s dvěma pojmy: průměrná doba mezi poruchami (MTBF) a průměrná doba obnovy systému (MTTR).
MTBF je pravděpodobnostní veličina. Hodnota průměrné doby mezi poruchami je založena na následující postulaci: spolehlivost systému se snižuje s rostoucím počtem jeho komponentů.
Z tohoto parametru mají výhodu monoblokové UPS. Důvod je jednoduchý: v modulárních zdrojích nepřerušovaného napájení je více konstrukčních prvků a spojů, z nichž každý je považován za potenciální místo poruchy. Teoreticky tedy možnost poruchy zde je vyšší.
Nicméně pro zdroje nepřerušovaného napájení používané v datových centrech není důležitá samotná porucha, ale jak dlouho UPS zůstane nefunkční. Tento parametr určuje průměrná doba obnovy systému (MTTR).
Zde má výhodu již na straně modulárních bloků. Mají nízkou hodnotu MTTR, protože jakýkoli modul lze rychle vyměnit bez přerušení dodávky elektřiny. K tomu, aby mohl být modul vyměněn, musí být k dispozici jako rezerva a demontáž i instalaci musí zvládnout jeden odborník. V praxi to nezabere více než 30 minut.
S monoblokovými zdroji nepřerušovaného napájení je situace mnohem složitější. Jejich oprava nemůže proběhnout tak rychle. Může na to být potřeba od několika hodin do několika dnů.
Pro určení odolnosti systému lze použít další parametr – dostupnost, nebo jinak funkčnost. Tento ukazatel je tím vyšší, čím delší je průměrná doba mezi poruchami (MTBF) a čím kratší je průměrná doba obnovy systému (MTTR). Odpovídající vzorec vypadá následovně:
průměrná dostupnost (funkčnost) =
V případě modulárních UPS to vychází takto: jejich hodnota MTBF je nižší než u monoblokových, ale zároveň mají výrazně nižší ukazatel MTTR. V důsledku toho je funkčnost modulárních zdrojů nepřerušovaného napájení vyšší.
Spotřeba energie
Monoblokový systém vyžaduje výrazně vyšší energetické náklady, protože je redundantní. To si vysvětlíme na příkladu schématu rezervace N+1. N je hodnota zátěže potřebná pro provoz zařízení Datového centra. V našem případě ji vezmeme jako 90 kVA. Schéma N+1 znamená, že v systému zůstává jeden rezervní prvek nevyužitý až do selhání.
Při použití monoblokového zdroje nepřerušeného napájení o výkonu 90 kVA pro realizaci schématu N+1 bude třeba použít ještě jeden takový blok. Celková redundantnost systému tedy bude činit 90 kVA.
Při použití modulárních UPS s výkonem 30 kVA je situace jiná. Při stejné zátěži pro realizaci schématu N+1 bude potřeba ještě jeden takový modul. Celková redundantnost systému tak nebude 90 kVA, ale pouze 30 kVA.
Odtud vyplývá, že použití modulárních zdrojů napájení umožňuje snížit energetickou spotřebu datového centra jako celku.
Ekonomika
Pokud vezmeme dva zdroje nepřerušeného napájení se stejným výkonem, monoblokový je levnější než modulární. Z tohoto důvodu zůstávají monoblokové UPS populární. Nicméně zvýšení výstupního výkonu zvýší náklady systému na dvojnásobek, protože k existujícímu bloku bude muset být přidán ještě jeden identický. Kromě toho se objeví potřeba instalace spínacích panelů a rozvodných skříní, stejně jako pokládání nových kabelových linek.
Při použití modulárních zdrojů nepřerušeného napájení lze výkon systému zvyšovat plynule. To znamená, že náklady budou vynaloženy pouze na nákup takového množství modulů, které bude dostatečné k uspokojení stávající potřeby na elektrickou energii. Bez zbytečné rezervy.
Závěr
Monoblokové zdroje nepřerušeného napájení se vyznačují nízkou cenou, snadným nastavením a provozem. Zároveň zvyšují energetickou náročnost datového centra a obtížně se škálují. Tyto systémy jsou pohodlné a efektivní tam, kde jsou požadovány malé výkony a neplánuje se jejich rozšíření.
Modulární UPS se vyznačují snadnou škálovatelností, minimální dobou obnovy, vysokou spolehlivostí a funkčností. Tyto systémy jsou optimální pro zvyšování výkonu datového centra na jakékoli úrovni s minimálními náklady.
Zdroj: habr.com
