Le marché de l'industrie informatique est le plus grand consommateur d'alimentations sans interruption (UPS), utilisant environ 75 % de tous les UPS fabriqués. Les ventes mondiales annuelles d'équipements UPS à tous les types de centres de données, y compris les centres de données d'entreprise, commerciaux et de très grande taille, s'élèvent à 3 milliards de dollars. Dans le même temps, l'augmentation annuelle des ventes d'équipements UPS dans les centres de données approche les 10 % et il semble que ce ne soit pas la limite.
Les centres de données sont de plus en plus grands, ce qui crée de nouveaux défis pour l'infrastructure énergétique. Bien qu'il existe un long débat sur la supériorité des onduleurs statiques sur les onduleurs dynamiques et vice versa, la plupart des ingénieurs s'accordent sur un point sur lequel plus la puissance est élevée, plus les machines électriques sont adaptées à sa gestion : les générateurs sont utilisés pour générer l'énergie électrique dans les centrales électriques.
Tous les onduleurs dynamiques utilisent des moteurs-générateurs, mais ils sont de conceptions différentes et ont certainement des caractéristiques et des caractéristiques différentes. L'un de ces onduleurs assez courants est une solution avec un moteur diesel connecté mécaniquement - un onduleur rotatif diesel (DRIBP). Cependant, dans la pratique mondiale de la construction de centres de données, la véritable concurrence se situe entre les onduleurs statiques et une autre technologie d'onduleur dynamique - l'onduleur rotatif, qui est une combinaison d'une machine électrique produisant une tension sinusoïdale de forme naturelle et d'électronique de puissance. De tels onduleurs rotatifs disposent d'une connexion électrique avec des dispositifs de stockage d'énergie, qui peuvent être des batteries ou des volants d'inertie.
Les progrès modernes en matière de technologie de contrôle, de fiabilité, d'efficacité et de densité de puissance, ainsi que le coût unitaire inférieur de l'alimentation de l'onduleur, ne sont pas des facteurs propres aux onduleurs statiques. La série Piller UB-V récemment introduite est une alternative intéressante.
Examinons plus en détail certains des critères clés d'évaluation et de sélection d'un système UPS pour un grand centre de données moderne dans le contexte duquel la technologie semble préférable.
1. Coûts d'investissement
Il est vrai que les onduleurs statiques peuvent offrir un prix par kW inférieur pour les petits systèmes UPS, mais cet avantage disparaît rapidement lorsqu'il s'agit de systèmes électriques plus grands. Le concept modulaire que les fabricants d'onduleurs statiques sont inévitablement contraints d'adopter s'articule autour de la connexion en parallèle d'un grand nombre d'onduleurs de faible puissance nominale, par exemple de 1 kW comme dans l'exemple ci-dessous. Cette approche vous permet d'atteindre la valeur requise d'une puissance de sortie du système donnée, mais en raison de la complexité de nombreux éléments dupliqués, elle perd 250 à 20 % de l'avantage en termes de coût par rapport au coût d'une solution basée sur des onduleurs rotatifs. De plus, même cette connexion parallèle de modules a des limites sur le nombre d'unités dans un système UPS, après quoi les systèmes modulaires parallèles eux-mêmes doivent être parallèles, ce qui augmente encore le coût de la solution en raison des dispositifs et câbles de distribution supplémentaires.
Tableau 1. Exemple de solution pour une charge informatique de 48 MW. La plus grande taille des monoblocs UB-V permet d'économiser du temps et de l'argent.
2. La fiabilité
Ces dernières années, les centres de données sont devenus des entreprises de plus en plus banalisées, tandis que la fiabilité est de plus en plus considérée comme allant de soi. À cet égard, on craint de plus en plus que cela n’entraîne des problèmes à l’avenir. Alors que les opérateurs s'efforcent d'obtenir une tolérance de panne maximale (nombre de « 9 »), il est supposé que les défauts de la technologie UPS statique sont mieux surmontés par un faible temps de réparation (MTTR) grâce à la possibilité de remplacer rapidement et à chaud les modules UPS. Mais cet argument peut s’avérer contre-productif. Plus le nombre de modules impliqués est élevé, plus la probabilité de défaillance est élevée et, plus important encore, plus le risque qu'une telle défaillance entraîne une perte de charge dans l'ensemble du système est élevé. Il vaut mieux ne pas avoir de crash du tout.
Une illustration de la dépendance du nombre de pannes d'équipement sur la valeur du temps entre pannes (MTBF) pendant le fonctionnement normal est présentée sur la Fig. 1 et calculs correspondants.
Riz. 1. Dépendance du nombre de pannes d'équipement sur l'indicateur MTBF.
La probabilité de panne d'équipement Q(t) pendant le fonctionnement normal, dans la section (II) du graphique de la courbe de défaillance normale, est assez bien décrite par la loi de distribution exponentielle des variables aléatoires Q(t) = e-(λx t), où λ = 1/MTBF – intensité des pannes, et t est la durée de fonctionnement en heures. En conséquence, après le temps t, il y aura N(t) installations dans un état sans problème à partir du nombre initial de toutes les installations N(0) : N(t) = Q(t)*N(0).
Le temps moyen entre pannes (MTBF) des onduleurs statiques est de 200.000 1.300.000 heures, et celui des onduleurs rotatifs de la série UB-V Piller est de 10 36 7 heures. Les calculs montrent que sur 1 ans de fonctionnement, 86 % des onduleurs statiques subiront un accident, et seulement 240 % des onduleurs rotatifs. En prenant en compte les différentes quantités d'équipements UPS (Tableau 2), cela signifie 20 pannes sur 48 modules UPS statiques et 10 pannes sur XNUMX modules UPS rotatifs Piller, sur un même data center avec une charge informatique utile de XNUMX MW sur XNUMX années d'exploitation.
L'expérience de l'exploitation d'onduleurs statiques dans des centres de données en Russie et dans le monde confirme la fiabilité des calculs ci-dessus, basés sur les statistiques de pannes et de réparations disponibles auprès de sources ouvertes.
Tous les onduleurs rotatifs Piller, et en particulier la série UB-V, utilisent une machine électrique pour générer une onde sinusoïdale pure et n'utilisent pas de condensateurs de puissance ni de transistors IGBT, qui sont très souvent à l'origine de pannes dans tous les onduleurs statiques. De plus, un UPS statique est une partie complexe du système d’alimentation électrique. La complexité réduit la fiabilité. Les onduleurs rotatifs UB-V comportent moins de composants et une conception de système plus robuste (moteur-générateur), ce qui augmente la fiabilité.
3. Efficacité énergétique
Les onduleurs statiques modernes ont une bien meilleure efficacité énergétique en ligne (ou en mode « normal ») que leurs prédécesseurs. Généralement avec des valeurs d'efficacité maximales de 96,3%. Des chiffres plus élevés sont souvent cités, mais cela n'est réalisable que lorsque l'onduleur statique fonctionne en basculant entre les modes en ligne et alternatifs (par exemple le mode ECO). Cependant, lors de l'utilisation du mode alternatif d'économie d'énergie, la charge fonctionne à partir du réseau externe sans aucune protection. Pour cette raison, dans la pratique, les centres de données utilisent dans la plupart des cas uniquement le mode en ligne.
La série d'onduleurs rotatifs Piller UB-V ne change pas d'état pendant le fonctionnement normal, tout en offrant jusqu'à 98 % d'efficacité en ligne à un niveau de charge de 100 % et 97 % d'efficacité à un niveau de charge de 50 %.
Cette différence d'efficacité énergétique permet d'obtenir des économies importantes d'électricité pendant le fonctionnement (tableau 2).
Tableau 2. Économiser les coûts énergétiques dans un centre de données avec 48 MW de charge informatique.
4. Espace occupé
Les onduleurs statiques à usage général sont devenus nettement plus compacts avec la transition vers la technologie IGBT et l'élimination des transformateurs. Cependant, même en tenant compte de cette circonstance, les onduleurs rotatifs de la série UB-V offrent un gain de 20 % ou plus en termes d'espace occupé par unité de puissance. Les économies d’espace qui en résultent peuvent être utilisées à la fois pour augmenter la puissance du centre énergétique et pour augmenter l’espace « blanc » utile du bâtiment pour accueillir des serveurs supplémentaires.
Riz. 2. Espace occupé par des UPS de 2 MW de différentes technologies. De véritables installations à l'échelle.
5. Disponibilité
L’un des indicateurs clés d’un centre de données bien conçu, construit et exploité est son facteur de résilience élevé. Même si une disponibilité de 100 % est toujours un objectif, des rapports indiquent que plus de 30 % des centres de données dans le monde subissent au moins une panne imprévue par an. Beaucoup de ces problèmes sont dus à des erreurs humaines, mais les infrastructures énergétiques jouent également un rôle important. La série UB-V utilise la technologie éprouvée UPS rotatif Piller dans une conception monobloc, dont la fiabilité est nettement supérieure à toutes les autres technologies. De plus, les onduleurs UB-V eux-mêmes situés dans des centres de données dotés d'un environnement correctement contrôlé ne nécessitent pas d'arrêts annuels pour maintenance.
6. La flexibilité
Souvent, les systèmes informatiques des centres de données sont mis à jour et modernisés dans un délai de 3 à 5 ans. Par conséquent, les infrastructures d’alimentation et de refroidissement doivent être suffisamment flexibles pour s’adapter à cela et être suffisamment évolutives. Les onduleurs statiques conventionnels et les onduleurs UB-V peuvent être configurés de différentes manières.
Cependant, la gamme de solutions basées sur cette dernière est plus large et, d'une manière générale, comme cela dépasse le cadre de cet article, elle permet de mettre en œuvre des systèmes d'alimentation sans interruption à une tension moyenne tension de 6-30 kV, pour travailler sur des réseaux avec des sources de production renouvelables et alternatives, pour construire des systèmes rentables et très fiables avec un bus parallèle isolé (Bus IP), correspondant au niveau d'interface utilisateur Tier IV dans une configuration N+1.
En guise de conclusion, plusieurs conclusions peuvent être tirées. Plus les centres de données se développent, plus la tâche de leur optimisation devient complexe, lorsqu'il faut contrôler simultanément les indicateurs économiques, les aspects de fiabilité, de réputation et de minimisation de l'impact environnemental. Les onduleurs statiques ont été et seront utilisés à l'avenir dans les centres de données. Cependant, il est également indéniable qu'il existe des alternatives aux approches existantes dans le domaine des systèmes d'alimentation électrique, qui présentent des avantages significatifs par rapport à la « bonne vieille statique ».
Source: habr.com