بازار صنعت فناوری اطلاعات بزرگترین مصرف کننده منابع تغذیه اضطراری (UPS) است که تقریباً 75 درصد از کل یو پی اس های تولید شده را استفاده می کند. فروش جهانی سالانه تجهیزات UPS به انواع مراکز داده اعم از سازمانی، تجاری و فوق بزرگ، 3 میلیارد دلار است. این در حالی است که افزایش سالانه فروش تجهیزات یو پی اس در مراکز داده به 10 درصد نزدیک می شود و به نظر می رسد این محدودیت نباشد.
مراکز داده بزرگتر و بزرگتر می شوند و این به نوبه خود چالش های جدیدی را برای زیرساخت انرژی ایجاد می کند. در حالی که بحث طولانی در مورد برتری یو پی اس های ایستا نسبت به یو پی اس های پویا و بالعکس وجود دارد، چیزی که اکثر مهندسان با آن موافق هستند این است که هر چه قدرت بالاتر باشد، ماشین های الکتریکی مناسب تری برای مدیریت آن هستند: ژنراتورها برای تولید استفاده می شوند. انرژی الکتریکی در نیروگاه ها
تمامی یو پی اس های دینامیک از موتور ژنراتور استفاده می کنند اما طرح های متفاوتی دارند و قطعا ویژگی ها و ویژگی های متفاوتی دارند. یکی از این یو پی اس های نسبتاً رایج، راه حلی با موتور دیزل متصل به مکانیکی است - یو پی اس دوار دیزل (DRIBP). با این حال، در عمل جهانی ساخت مرکز داده، رقابت واقعی بین یو پی اس استاتیک و یک فناوری یو پی اس پویا دیگر - یو پی اس چرخشی است که ترکیبی از یک ماشین الکتریکی است که یک ولتاژ سینوسی شکل طبیعی و الکترونیک قدرت تولید می کند. چنین یو پی اس های چرخشی با وسایل ذخیره انرژی که می توانند باتری یا چرخ طیار باشند، اتصال الکتریکی دارند.
پیشرفت های مدرن در فناوری کنترل، قابلیت اطمینان، کارایی و چگالی توان، و همچنین هزینه کمتر واحد برق UPS، عواملی هستند که منحصر به UPS استاتیک نیستند. سری Piller UB-V که اخیراً معرفی شده است جایگزین مناسبی است.
بیایید بیشتر به برخی از معیارهای کلیدی برای ارزیابی و انتخاب یک سیستم UPS برای یک مرکز داده بزرگ مدرن نگاه کنیم که در چارچوب آن فناوری ترجیح داده می‌شود.
1. هزینه های سرمایه ای
درست است که یو پی اس های استاتیک می توانند قیمت پایین تری به ازای هر کیلووات برای سیستم های یو پی اس کوچکتر ارائه دهند، اما وقتی نوبت به سیستم های قدرت بزرگتر می رسد، این مزیت به سرعت از بین می رود. مفهوم مدولار که سازندگان یو پی اس استاتیک به ناچار مجبور به اتخاذ آن هستند، حول اتصال موازی تعداد زیادی یو پی اس با توان نامی کوچک، به عنوان مثال 1 کیلو وات در اندازه، مانند مثال زیر، می چرخد. این رویکرد به شما امکان می دهد تا به مقدار مورد نیاز یک توان خروجی سیستم معین دست یابید، اما به دلیل پیچیدگی بسیاری از عناصر تکراری، 250-20٪ از مزیت هزینه را در مقایسه با هزینه راه حل مبتنی بر UPS های چرخشی از دست می دهد. علاوه بر این، حتی این اتصال موازی ماژول ها دارای محدودیت هایی در تعداد واحدها در یک سیستم UPS است، پس از آن خود سیستم های ماژولار موازی باید موازی باشند، که به دلیل دستگاه های توزیع و کابل های اضافی، هزینه راه حل را بیشتر می کند.
جدول 1. نمونه ای از راه حل برای بار فناوری اطلاعات 48 مگاوات. اندازه بزرگتر تک بلوک های UB-V باعث صرفه جویی در وقت و هزینه می شود.
2. قابلیت اطمینان
در سال های اخیر، مراکز داده به طور فزاینده ای به شرکت های کالایی تبدیل شده اند، در حالی که قابلیت اطمینان به طور فزاینده ای بدیهی تلقی می شود. در این راستا، نگرانی های فزاینده ای وجود دارد که این امر منجر به مشکلاتی در آینده شود. از آنجایی که اپراتورها برای حداکثر تحمل خطا (تعداد "9") تلاش می کنند و فرض بر این است که کاستی های فناوری UPS استاتیک به دلیل توانایی تعویض سریع و داغ ماژول های UPS با زمان کم برای تعمیر (MTTR) به بهترین وجه برطرف می شود. اما این استدلال می تواند خود را شکست دهد. هر چه تعداد ماژول های درگیر بیشتر باشد، احتمال خرابی بیشتر می شود و مهمتر از آن، خطر این که چنین خرابی منجر به از دست دادن بار در سیستم کلی شود، بیشتر می شود. اصلاً خرابی نداشته باشید بهتر است.
تصویری از وابستگی تعداد خرابی تجهیزات به مقدار زمان بین خرابی ها (MTBF) در حین کارکرد عادی در شکل 1 نشان داده شده است. XNUMX و محاسبات مربوطه
برنج. 1. وابستگی تعداد خرابی تجهیزات به نشانگر MTBF.
احتمال خرابی تجهیزات Q(t) در حین کارکرد عادی، در بخش (II) نمودار منحنی خرابی نرمال، به خوبی با قانون توزیع نمایی متغیرهای تصادفی Q(t) = e-(λx t) توضیح داده شده است. λ = 1/MTBF – شدت خرابی ها، و t زمان کار بر حسب ساعت است. بر این اساس، پس از زمان t، N(t) نصب ها در حالت بدون مشکل از تعداد اولیه همه نصب ها N(0) وجود خواهد داشت: N(t) = Q(t)*N(0).
میانگین MTBF یو پی اس استاتیک 200.000 ساعت و MTBF یو پی اس های چرخشی سری UB-V Piller 1.300.000 ساعت است. محاسبات نشان می دهد که در طی 10 سال کارکرد، 36 درصد از یو پی اس های ساکن دچار حادثه می شوند و تنها 7 درصد از یو پی اس های چرخشی. با در نظر گرفتن مقادیر مختلف تجهیزات UPS (جدول 1)، این به معنای 86 خرابی از 240 ماژول UPS استاتیک و 2 خرابی از 20 ماژول UPS چرخشی Piller، در یک مرکز داده با بار مفید IT 48 مگاوات بیش از 10 است. سال های فعالیت
تجربه در راه اندازی یو پی اس های استاتیک در مراکز داده در روسیه و سراسر جهان، قابل اعتماد بودن محاسبات فوق را بر اساس آمار خرابی ها و تعمیرات موجود از منابع باز تأیید می کند.
تمام یو پی اس های چرخشی پیلر و به ویژه سری UB-V از ماشین الکتریکی برای تولید موج سینوسی خالص استفاده می کنند و از خازن های برق و ترانزیستورهای IGBT استفاده نمی کنند که اغلب علت خرابی همه یو پی اس های ساکن هستند. علاوه بر این، یک یو پی اس استاتیک بخش پیچیده ای از سیستم منبع تغذیه است. پیچیدگی قابلیت اطمینان را کاهش می دهد. یو پی اس های چرخشی UB-V دارای اجزای کمتر و طراحی سیستم قوی تر (موتور ژنراتور) هستند که قابلیت اطمینان را افزایش می دهد.
3. بهره وری انرژی
یو پی اس های استاتیک مدرن بازده انرژی آنلاین (یا حالت "عادی") بسیار بهتری نسبت به مدل های قبلی خود دارند. به طور معمول با مقادیر اوج بازده 96,3٪. ارقام بالاتر اغلب ذکر می شوند، اما این تنها زمانی قابل دستیابی است که یو پی اس استاتیک با جابجایی بین حالت آنلاین و حالت جایگزین (مانند حالت ECO) عمل کند. با این حال، هنگام استفاده از حالت ذخیره انرژی جایگزین، بار از شبکه خارجی بدون هیچ گونه حفاظتی کار می کند. به همین دلیل در عمل در اکثر موارد مراکز داده فقط از حالت آنلاین استفاده می کنند.
یو پی اس های چرخشی سری Piller UB-V در طول کارکرد عادی تغییر حالت نمی دهند، در حالی که تا 98% راندمان آنلاین در سطح 100% بار و 97% راندمان را در سطح بار 50% ارائه می دهند.
این تفاوت در بهره وری انرژی به شما امکان می دهد در طول عملیات صرفه جویی قابل توجهی در مصرف برق داشته باشید (جدول 2).
جدول 2. صرفه جویی در هزینه های انرژی در مرکز داده با 48 مگاوات بار فناوری اطلاعات.
4. فضای اشغال شده
یو پی اس های استاتیک عمومی با انتقال به فناوری IGBT و حذف ترانسفورماتورها به طور قابل توجهی فشرده تر شده اند. با این حال، حتی با در نظر گرفتن این شرایط، یو پی اس های چرخشی سری UB-V از نظر فضای اشغال شده در هر واحد قدرت، افزایش 20٪ یا بیشتر را ارائه می دهند. صرفه جویی در فضای حاصل می تواند هم برای افزایش قدرت مرکز انرژی و هم برای افزایش فضای مفید "سفید" ساختمان برای قرار دادن سرورهای اضافی مورد استفاده قرار گیرد.
برنج. 2. فضای اشغال شده توسط 2 مگاوات یو پی اس فناوری های مختلف. تاسیسات واقعی به مقیاس.
5. در دسترس بودن
یکی از شاخص های کلیدی یک مرکز داده که به خوبی طراحی، ساخته و اداره می شود، ضریب انعطاف پذیری بالای آن است. در حالی که 100٪ uptime همیشه یک هدف است، گزارش ها نشان می دهد که بیش از 30٪ از مراکز داده جهان حداقل یک بار قطعی برنامه ریزی نشده در سال را تجربه می کنند. بسیاری از اینها ناشی از خطای انسانی است، اما زیرساخت انرژی نیز نقش مهمی ایفا می کند. سری UB-V از فناوری اثبات شده UPS چرخشی Piller در طراحی مونوبلاک استفاده می کند که قابلیت اطمینان آن به طور قابل توجهی از همه فناوری های دیگر بالاتر است. علاوه بر این، خود یو پی اس های UB-V در مراکز داده با محیطی مناسب کنترل شده نیازی به خاموش شدن سالانه برای تعمیر و نگهداری ندارند.
6. انعطاف پذیری
اغلب، سیستم های IT مرکز داده در عرض 3-5 سال به روز و مدرن می شوند. بنابراین، زیرساخت‌های برق و خنک‌کننده باید به اندازه کافی انعطاف‌پذیر باشند تا بتوانند این موضوع را برآورده کنند و به اندازه کافی برای آینده مقاوم باشند. هر دو یو پی اس استاتیک معمولی و یو پی اس UB-V را می توان به روش های مختلفی پیکربندی کرد.
با این حال، طیف راه حل های مبتنی بر دومی گسترده تر است، و، به طور کلی، از آنجایی که این خارج از حوصله این مقاله است، این امکان را فراهم می کند تا سیستم های منبع تغذیه بدون وقفه در ولتاژ ولتاژ متوسط 6-30 کیلو ولت را پیاده سازی کنیم. روی شبکه‌هایی با منابع تولید تجدیدپذیر و جایگزین کار کنید تا سیستم‌های مقرون‌به‌صرفه و بسیار قابل اعتماد با یک گذرگاه موازی ایزوله (IP Bus)، مطابق با سطح UI Tier IV در یک پیکربندی N+1 ایجاد کنید.
به عنوان یک نتیجه گیری می توان چندین نتیجه گرفت. هرچه مراکز داده بیشتر توسعه یابند، زمانی که کنترل همزمان شاخص‌های اقتصادی، جنبه‌های قابلیت اطمینان، شهرت و به حداقل رساندن اثرات زیست‌محیطی ضروری باشد، کار بهینه‌سازی آنها پیچیده‌تر می‌شود. یو پی اس های استاتیک در مراکز داده استفاده شده و در آینده نیز مورد استفاده قرار خواهند گرفت. با این حال، همچنین غیرقابل انکار است که جایگزین هایی برای رویکردهای موجود در زمینه سیستم های منبع تغذیه وجود دارد که مزایای قابل توجهی نسبت به "استاتیک قدیمی خوب" دارند.
منبع: www.habr.com