Monoblock- versus modulare USVs

Eine kurze Einführung für Anfänger, warum modulare USVs besser sind und wie es dazu kam.

USVs für Rechenzentren werden hinsichtlich ihrer Architektur in zwei große Gruppen unterteilt: monolithische und modulare. Erstere gehören zum traditionellen Typ der USV, letztere sind vergleichsweise neu und fortschrittlicher.

Was unterscheidet monolithische von modularen USVs?

Bei monolithischen USVs wird die Ausgangsleistung von einem einzigen Netzteil bereitgestellt. In modularen USVs sind die Hauptkomponenten in Form von einzelnen Modulen ausgeführt, die in vereinheitlichten Schränken untergebracht sind und zusammenarbeiten. Jedes dieser Module ist mit einem Mikroprozessor, einem Ladegerät, einem Wechselrichter, einem Gleichrichter ausgestattet und stellt einen vollwertigen Leistungsteil der USV dar.

Erklären wir das anhand eines einfachen Beispiels. Wenn man zwei USVs – eine monolithische und eine modulare – mit einer Leistung von 40 kVA betrachtet, hat die erste ein einziges Leistungsmodul mit 40 kVA, während die zweite beispielsweise aus vier Leistungsmodulen mit jeweils 10 kVA besteht.

Skalierungsmöglichkeiten

Bei der Verwendung von monolithischen USVs muss bei steigendem Energiebedarf zusätzlich ein weiteres vollständiges Modul der gleichen Leistung parallel zum bestehenden angeschlossen werden. Dies ist ein recht komplexer Prozess.

Modulare Lösungen verfügen über eine größere konstruktive Flexibilität. In diesem Fall kann an das bereits funktionierende Modul ein oder mehrere Module angeschlossen werden. Dies ist ein recht einfacher Vorgang, der in kurzer Zeit ausgeführt werden kann.

Möglichkeiten der schrittweisen Leistungssteigerung

Eine schrittweise Leistungssteigerung ist in der Anfangsphase des Betriebs eines Rechenzentrums wichtig. Es ist völlig logisch, dass es in den ersten Monaten mit 30-40 % ausgelastet sein wird. Praktischer und wirtschaftlicher ist es, USVs zu verwenden, die genau für diese Leistung ausgelegt sind. Mit dem Wachstum der Kundenbasis wird die Auslastung des Rechenzentrums steigen, und damit auch der Bedarf an zusätzlicher Energieversorgung.

Die Leistung der USV lässt sich bequem schrittweise zusammen mit der technischen Infrastruktur erhöhen. Bei monolithischen USVs ist eine schrittweise Leistungssteigerung prinzipiell nicht möglich. Mit modularen USVs wird dies jedoch problemlos umgesetzt.

Zuverlässigkeit der USV

Wenn wir von Zuverlässigkeit sprechen, verwenden wir zwei Begriffe: die mittlere Zeit bis zum Ausfall (MTBF) und die mittlere Wiederherstellungszeit (MTTR).

MTBF ist eine probabilistische Größe. Der Wert der mittleren Zeit bis zum Ausfall basiert auf dem folgenden Postulat: Die Zuverlässigkeit eines Systems verringert sich mit der Anzahl seiner Komponenten.

In diesem Parameter haben monoblockige USV-Systeme einen Vorteil. Der Grund ist einfach: In modularen unterbrechungsfreien Stromversorgungen gibt es mehr Bauelemente und Steckverbindungen, von denen jede als potenzielle Ausfallstelle angesehen wird. Daher ist theoretisch die Möglichkeit eines Ausfalls hier höher.

Für unterbrechungsfreie Stromversorgungen, die in Rechenzentren eingesetzt werden, ist jedoch nicht der Ausfall selbst von Bedeutung, sondern wie lange die USV funktionsunfähig bleibt. Dieser Parameter wird durch die mittlere Wiederherstellungszeit (MTTR) definiert.

Hier haben die modularen Einheiten bereits einen Vorteil. Sie zeichnen sich durch einen niedrigen MTTR aus, da jedes Modul schnell ohne Unterbrechung der Stromversorgung ersetzt werden kann. Dazu muss dieses Modul auf Lager sein, und der Ausbau und die Installation können von einem Techniker durchgeführt werden. Tatsächlich dauert dies nicht länger als 30 Minuten.

Bei monoblockigen unterbrechungsfreien Stromversorgungen gestaltet sich die Situation deutlich komplizierter. Ihre Reparatur kann nicht so schnell durchgeführt werden. Dafür kann es von mehreren Stunden bis zu mehreren Tagen dauern.

Zur Bestimmung der Fehlertoleranz eines Systems kann noch ein weiterer Parameter verwendet werden – die Verfügbarkeit bzw. die Betriebsbereitschaft. Dieser Wert ist umso höher, je größer die mittlere Zeit bis zum Ausfall (MTBF) und je geringer die mittlere Wiederherstellungszeit (MTTR) ist. Die entsprechende Formel lautet wie folgt:

mittlere Verfügbarkeit (Betriebsbereitschaft) =

In Bezug auf modulare USV-Systeme ergibt sich folgende Situation: Ihr MTBF-Wert ist geringer als der von monoblockigen, gleichzeitig ist jedoch ihr MTTR-Wert deutlich niedriger. Infolgedessen ist die Betriebsbereitschaft modularer unterbrechungsfreier Stromversorgungen höher.

Stromverbrauch

Ein monolithisches System erfordert deutlich höhere Energieaufwendungen, da es überdimensioniert ist. Lassen Sie uns dies am Beispiel des N+1-Redundanzschemas erklären. N ist die Menge der Last, die für den Betrieb der Rechenzentrumsausrüstung erforderlich ist. In unserem Fall nehmen wir an, dass sie 90 kVA beträgt. Das N+1-Schema bedeutet, dass in dem System bis zum Ausfall ein redundantes Element ungenutzt bleibt.

Bei der Verwendung eines monolithischen unterbrechungsfreien Stromversorgungsgeräts mit einer Leistung von 90 kVA zur Umsetzung des N+1-Schemas ist es erforderlich, ein weiteres identisches Gerät zu verwenden. Infolgedessen beträgt die gesamte Redundanz des Systems 90 kVA.

Bei der Verwendung von modularen UUPS mit einer Leistung von 30 kVA sieht die Situation anders aus. Bei derselben Last ist es erforderlich, ein weiteres identisches Modul für die Umsetzung des N+1-Schemas hinzuzufügen. Infolgedessen beträgt die gesamte Redundanz des Systems nicht mehr 90 kVA, sondern nur 30 kVA.

Daraus folgt: Die Verwendung modularer Stromversorgungsgeräte ermöglicht eine Senkung des Gesamtstromverbrauchs des Rechenzentrums.

Wirtschaftlichkeit

Wenn man zwei unterbrechungsfreie Stromversorgungsgeräte mit der gleichen Leistung vergleicht, ist das monolithische System günstiger als das modulare. Aus diesem Grund bleiben monolithische UUPS beliebt. Allerdings erhöht sich die Systemkosten mit der Ausweitung der Ausgangsleistung, da ein weiteres identisches Gerät hinzugefügt werden muss. Darüber hinaus entsteht die Notwendigkeit, Schaltpanels und Verteilungsschränke zu installieren sowie neue Kabelstrecken zu verlegen.

Bei der Verwendung modularer unterbrechungsfreier Stromversorgungsgeräte kann die Leistung des Systems schrittweise erhöht werden. Das bedeutet, dass nur die für die Deckung des bestehenden Strombedarfs erforderliche Anzahl an Modulen angeschafft werden muss. Ohne unnötige Überkapazität.

Fazit

Monolithische unterbrechungsfreie Stromversorgungsgeräte zeichnen sich durch ihren niedrigen Preis aus, sind einfach einzurichten und zu betreiben. Gleichzeitig erhöhen sie den Energieverbrauch des Rechenzentrums und sind schwer skalierbar. Solche Systeme sind praktisch und effizient, wo geringe Leistungen benötigt werden und keine Erweiterungen geplant sind.

Modulare UUPS zeichnen sich durch eine einfache Skalierbarkeit, eine minimale Wiederherstellungszeit, hohe Zuverlässigkeit und Betriebsfähigkeit aus. Solche Systeme sind optimal für die Erhöhung der Leistung von Rechenzentren bis zu beliebigen Grenzen bei minimalen Kosten.

Quelle: habr.com