Η αγορά της βιομηχανίας πληροφορικής είναι ο μεγαλύτερος καταναλωτής τροφοδοτικών αδιάλειπτης ισχύος (UPS), χρησιμοποιώντας περίπου το 75% όλων των UPS που κατασκευάζονται. Οι ετήσιες παγκόσμιες πωλήσεις εξοπλισμού UPS σε όλα τα είδη κέντρων δεδομένων, συμπεριλαμβανομένων των επιχειρήσεων, των εμπορικών και των υπερμεγάλων, είναι 3 δισεκατομμύρια δολάρια. Την ίδια ώρα, η ετήσια αύξηση των πωλήσεων εξοπλισμού UPS στα data centers πλησιάζει το 10% και φαίνεται ότι αυτό δεν είναι το όριο.
Τα κέντρα δεδομένων γίνονται όλο και μεγαλύτερα και αυτό, με τη σειρά του, δημιουργεί νέες προκλήσεις για την ενεργειακή υποδομή. Ενώ υπάρχει μια μακρά συζήτηση σχετικά με το πόσο τα στατικά UPS είναι ανώτερα από τα δυναμικά και αντίστροφα, ένα πράγμα στο οποίο θα συμφωνήσουν οι περισσότεροι μηχανικοί είναι ότι όσο μεγαλύτερη είναι η ισχύς, τόσο καλύτερα είναι οι ηλεκτρικές μηχανές να το χειριστούν: οι γεννήτριες χρησιμοποιούνται για την παραγωγή ηλεκτρική ενέργεια σε σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής.
Όλα τα δυναμικά UPS χρησιμοποιούν γεννήτριες κινητήρα, αλλά είναι διαφορετικού σχεδιασμού και σίγουρα έχουν διαφορετικά χαρακτηριστικά και χαρακτηριστικά. Ένα από αυτά τα αρκετά κοινά UPS είναι μια λύση με μηχανικά συνδεδεμένο κινητήρα ντίζελ - ένα περιστροφικό UPS ντίζελ (DRIBP). Ωστόσο, στην παγκόσμια πρακτική κατασκευής κέντρων δεδομένων, ο πραγματικός ανταγωνισμός είναι ανάμεσα στο στατικό UPS και μια άλλη δυναμική τεχνολογία UPS - το περιστροφικό UPS, το οποίο είναι ένας συνδυασμός ηλεκτρικής μηχανής που παράγει μια ημιτονοειδούς τάσης φυσικού σχήματος και ηλεκτρονικών ισχύος. Τέτοια περιστροφικά UPS έχουν ηλεκτρική σύνδεση με συσκευές αποθήκευσης ενέργειας, οι οποίες μπορεί να είναι είτε μπαταρίες είτε σφόνδυλοι.
Οι σύγχρονες εξελίξεις στην τεχνολογία ελέγχου, την αξιοπιστία, την απόδοση και την πυκνότητα ισχύος, καθώς και το χαμηλότερο μοναδιαίο κόστος ισχύος του UPS, είναι παράγοντες που δεν είναι μοναδικοί για το στατικό UPS. Η πρόσφατα εισαγόμενη σειρά Piller UB-V είναι μια άξια εναλλακτική.
Ας δούμε περαιτέρω μερικά από τα βασικά κριτήρια για την αξιολόγηση και την επιλογή ενός συστήματος UPS για ένα σύγχρονο μεγάλο κέντρο δεδομένων στο πλαίσιο του οποίου η τεχνολογία φαίνεται προτιμότερη.
1. Κεφαλαιουχικό κόστος
Είναι αλήθεια ότι τα στατικά UPS μπορούν να προσφέρουν χαμηλότερη τιμή ανά kW για μικρότερα συστήματα UPS, αλλά αυτό το πλεονέκτημα εξατμίζεται γρήγορα όταν πρόκειται για μεγαλύτερα συστήματα ισχύος. Η σπονδυλωτή ιδέα ότι οι κατασκευαστές στατικών UPS αναγκαστικά αναγκάζονται να υιοθετήσουν περιστρέφεται γύρω από την παράλληλη σύνδεση μεγάλου αριθμού UPS μικρής ονομαστικής ισχύος, για παράδειγμα μεγέθους 1 kW όπως στο παρακάτω παράδειγμα. Αυτή η προσέγγιση σάς επιτρέπει να επιτύχετε την απαιτούμενη τιμή μιας δεδομένης ισχύος εξόδου συστήματος, αλλά λόγω της πολυπλοκότητας πολλών διπλών στοιχείων, χάνει το 250-20% του πλεονεκτήματος κόστους σε σύγκριση με το κόστος μιας λύσης που βασίζεται σε περιστροφικά UPS. Επιπλέον, ακόμη και αυτή η παράλληλη σύνδεση μονάδων έχει περιορισμούς στον αριθμό των μονάδων σε ένα σύστημα UPS, μετά από τους οποίους τα ίδια τα παράλληλα αρθρωτά συστήματα πρέπει να είναι παράλληλα, γεγονός που αυξάνει περαιτέρω το κόστος της λύσης λόγω πρόσθετων συσκευών διανομής και καλωδίων.
Τραπέζι 1. Παράδειγμα λύσης για φορτίο πληροφορικής 48 MW. Το μεγαλύτερο μέγεθος των μονομπλόκ UB-V εξοικονομεί χρόνο και χρήμα.
2. Αξιοπιστία
Τα τελευταία χρόνια, τα κέντρα δεδομένων έχουν γίνει ολοένα και περισσότερο εμπορευματοποιημένες επιχειρήσεις, ενώ η αξιοπιστία θεωρείται ολοένα και περισσότερο δεδομένη. Από αυτή την άποψη, υπάρχουν αυξανόμενες ανησυχίες ότι αυτό θα οδηγήσει σε προβλήματα στο μέλλον. Καθώς οι χειριστές προσπαθούν για μέγιστη ανοχή σφαλμάτων (αριθμός "9") και θεωρείται ότι οι ελλείψεις της στατικής τεχνολογίας UPS ξεπερνιούνται καλύτερα με χαμηλό χρόνο επισκευής (MTTR) λόγω της δυνατότητας γρήγορης και εναλλαγής μονάδων UPS. Αλλά αυτό το επιχείρημα μπορεί να είναι αυτοκαταστροφικό. Όσο περισσότερες μονάδες εμπλέκονται, τόσο μεγαλύτερη είναι η πιθανότητα αστοχίας και, το πιο σημαντικό, τόσο υψηλότερος είναι ο κίνδυνος μια τέτοια αστοχία να οδηγήσει σε απώλεια φορτίου στο συνολικό σύστημα. Είναι καλύτερα να μην υπάρχουν καθόλου κολλήματα.
Μια απεικόνιση της εξάρτησης του αριθμού των αστοχιών εξοπλισμού από την τιμή του χρόνου μεταξύ των βλαβών (MTBF) κατά την κανονική λειτουργία φαίνεται στο Σχήμα. 1 και τους αντίστοιχους υπολογισμούς.
Ρύζι. 1. Εξάρτηση του αριθμού των αστοχιών εξοπλισμού από τον δείκτη MTBF.
Η πιθανότητα αστοχίας εξοπλισμού Q(t) κατά την κανονική λειτουργία, στο τμήμα (II) του γραφήματος της κανονικής καμπύλης αστοχίας, περιγράφεται αρκετά καλά από τον νόμο της εκθετικής κατανομής των τυχαίων μεταβλητών Q(t) = e-(λx t), όπου λ = 1/MTBF – αστοχίες έντασης και t είναι ο χρόνος λειτουργίας σε ώρες. Αντίστοιχα, μετά το χρόνο t θα υπάρχουν N(t) εγκαταστάσεις σε κατάσταση χωρίς προβλήματα από τον αρχικό αριθμό όλων των εγκαταστάσεων N(0): N(t) = Q(t)*N(0).
Το μέσο MTBF του στατικού UPS είναι 200.000 ώρες και το MTBF του περιστροφικού UPS της σειράς UB-V Piller είναι 1.300.000 ώρες. Οι υπολογισμοί δείχνουν ότι για 10 χρόνια λειτουργίας, το 36% των στατικών UPS θα αντιμετωπίσει ατύχημα και μόνο το 7% των περιστροφικών UPS. Λαμβάνοντας υπόψη τις διαφορετικές ποσότητες εξοπλισμού UPS (Πίνακας 1), αυτό σημαίνει 86 βλάβες από 240 στατικές μονάδες UPS και 2 αστοχίες από 20 περιστροφικές μονάδες UPS Piller, στο ίδιο κέντρο δεδομένων με ωφέλιμο φορτίο IT 48 MW πάνω από 10 χρόνια λειτουργίας.
Η εμπειρία στη λειτουργία στατικών UPS σε κέντρα δεδομένων στη Ρωσία και σε όλο τον κόσμο επιβεβαιώνει την αξιοπιστία των παραπάνω υπολογισμών, με βάση στατιστικά στοιχεία βλαβών και επισκευών που διατίθενται από ανοιχτές πηγές.
Όλα τα περιστροφικά UPS της Piller, και συγκεκριμένα η σειρά UB-V, χρησιμοποιούν ηλεκτρικό μηχάνημα για τη δημιουργία καθαρού ημιτονοειδούς κύματος και δεν χρησιμοποιούν πυκνωτές ισχύος και τρανζίστορ IGBT, που πολύ συχνά προκαλούν βλάβες σε όλα τα στατικά UPS. Επιπλέον, ένα στατικό UPS είναι ένα πολύπλοκο μέρος του συστήματος τροφοδοσίας. Η πολυπλοκότητα μειώνει την αξιοπιστία. Τα περιστροφικά UPS UB-V έχουν λιγότερα εξαρτήματα και πιο στιβαρό σχεδιασμό συστήματος (μοτέρ-γεννήτρια), που αυξάνει την αξιοπιστία.
3. Ενεργειακή απόδοση
Τα σύγχρονα στατικά UPS έχουν πολύ καλύτερη ενεργειακή απόδοση στο διαδίκτυο (ή «κανονική» λειτουργία) από τα προκάτοχά τους. Συνήθως με μέγιστες τιμές απόδοσης 96,3%. Συχνά αναφέρονται υψηλότερα νούμερα, αλλά αυτό είναι εφικτό μόνο όταν το στατικό UPS λειτουργεί με εναλλαγή μεταξύ online και εναλλακτικής λειτουργίας (π.χ. λειτουργία ECO). Ωστόσο, όταν χρησιμοποιείτε την εναλλακτική λειτουργία εξοικονόμησης ενέργειας, το φορτίο λειτουργεί από το εξωτερικό δίκτυο χωρίς καμία προστασία. Για το λόγο αυτό, στην πράξη, στις περισσότερες περιπτώσεις τα κέντρα δεδομένων χρησιμοποιούν μόνο τη διαδικτυακή λειτουργία.
Η σειρά περιστροφικών UPS της σειράς Piller UB-V δεν αλλάζει κατάσταση κατά τη διάρκεια της κανονικής λειτουργίας, ενώ παρέχει έως και 98% απόδοση online σε επίπεδο φορτίου 100% και απόδοση 97% σε επίπεδο φορτίου 50%.
Αυτή η διαφορά στην ενεργειακή απόδοση σάς επιτρέπει να επιτύχετε σημαντική εξοικονόμηση ηλεκτρικής ενέργειας κατά τη λειτουργία (Πίνακας 2).
Τραπέζι 2. Εξοικονόμηση κόστους ενέργειας σε κέντρο δεδομένων με φορτίο IT 48 MW.
4. Κατειλημμένος χώρος
Τα στατικά UPS γενικής χρήσης έχουν γίνει σημαντικά πιο συμπαγή με τη μετάβαση στην τεχνολογία IGBT και την εξάλειψη των μετασχηματιστών. Ωστόσο, ακόμη και αν ληφθεί υπόψη αυτή η περίσταση, τα περιστροφικά UPS της σειράς UB-V παρέχουν κέρδος 20% ή περισσότερο ως προς τον χώρο που καταλαμβάνεται ανά μονάδα ισχύος. Η εξοικονόμηση χώρου που προκύπτει μπορεί να χρησιμοποιηθεί τόσο για την αύξηση της ισχύος του ενεργειακού κέντρου όσο και για την αύξηση του «λευκού», χρήσιμου χώρου του κτιρίου για την υποδοχή πρόσθετων διακομιστών.
Ρύζι. 2. Χώρος που καταλαμβάνεται από UPS 2 MW διαφορετικών τεχνολογιών. Πραγματικές εγκαταστάσεις σε κλίμακα.
5. Διαθεσιμότητα
Ένας από τους βασικούς δείκτες ενός καλά σχεδιασμένου, κατασκευασμένου και λειτουργικού κέντρου δεδομένων είναι ο υψηλός παράγοντας ανθεκτικότητάς του. Ενώ ο 100% χρόνος λειτουργίας είναι πάντα στόχος, οι αναφορές δείχνουν ότι πάνω από το 30% των κέντρων δεδομένων παγκοσμίως αντιμετωπίζουν τουλάχιστον μία απρογραμμάτιστη διακοπή λειτουργίας ετησίως. Πολλά από αυτά προκαλούνται από ανθρώπινο λάθος, αλλά οι ενεργειακές υποδομές διαδραματίζουν επίσης σημαντικό ρόλο. Η σειρά UB-V χρησιμοποιεί αποδεδειγμένη τεχνολογία περιστροφικού UPS Piller σε σχεδιασμό monoblock, η αξιοπιστία του οποίου είναι σημαντικά υψηλότερη από όλες τις άλλες τεχνολογίες. Επιπλέον, τα ίδια τα UPS UB-V σε κέντρα δεδομένων με σωστά ελεγχόμενο περιβάλλον δεν απαιτούν ετήσιους τερματισμούς λειτουργίας για συντήρηση.
6. Ευελιξία
Συχνά, τα συστήματα πληροφορικής των κέντρων δεδομένων ενημερώνονται και εκσυγχρονίζονται εντός 3-5 ετών. Ως εκ τούτου, οι υποδομές ηλεκτρισμού και ψύξης πρέπει να είναι αρκετά ευέλικτες ώστε να το προσαρμόζουν και να είναι επαρκώς μελλοντικές. Τόσο το συμβατικό στατικό UPS όσο και το UB-V UPS μπορούν να διαμορφωθούν με διάφορους τρόπους.
Ωστόσο, το εύρος των λύσεων που βασίζονται στο τελευταίο είναι ευρύτερο και, γενικά, δεδομένου ότι αυτό δεν εμπίπτει στο πεδίο εφαρμογής αυτού του άρθρου, καθιστά δυνατή την εφαρμογή συστημάτων αδιάλειπτης τροφοδοσίας σε τάση μέσης τάσης 6-30 kV, εργαστεί σε δίκτυα με ανανεώσιμες και εναλλακτικές πηγές παραγωγής, για την κατασκευή οικονομικά αποδοτικών, εξαιρετικά αξιόπιστων συστημάτων με απομονωμένο παράλληλο δίαυλο (IP Bus), που αντιστοιχεί στο επίπεδο διεπαφής χρήστη Tier IV σε διαμόρφωση N+1.
Ως συμπέρασμα, μπορούν να εξαχθούν αρκετά συμπεράσματα. Όσο περισσότερα κέντρα δεδομένων αναπτύσσονται, τόσο πιο περίπλοκο γίνεται το έργο της βελτιστοποίησής τους, όταν είναι απαραίτητος ο ταυτόχρονος έλεγχος οικονομικών δεικτών, πτυχών αξιοπιστίας, φήμης και ελαχιστοποίησης των περιβαλλοντικών επιπτώσεων. Στατικά UPS χρησιμοποιήθηκαν και θα χρησιμοποιηθούν στο μέλλον σε κέντρα δεδομένων. Ωστόσο, είναι επίσης αναμφισβήτητο ότι υπάρχουν εναλλακτικές λύσεις στις υπάρχουσες προσεγγίσεις στον τομέα των συστημάτων τροφοδοσίας που έχουν σημαντικά πλεονεκτήματα έναντι των «παλιών καλών στατικών».
Πηγή: www.habr.com