आधुनिक स्थैतिक और रोटरी यूपीएस की तुलना। स्टेटिक यूपीएस अपनी सीमा तक पहुँच गया?

आईटी उद्योग बाजार निर्बाध बिजली आपूर्ति (यूपीएस) का सबसे बड़ा उपभोक्ता है, जो उत्पादित सभी यूपीएस का लगभग 75% उपयोग करता है। कॉर्पोरेट, वाणिज्यिक और अल्ट्रा-लार्ज सहित सभी प्रकार के डेटा केंद्रों में यूपीएस उपकरणों की वार्षिक वैश्विक बिक्री $ 3 बिलियन है। वहीं, डेटा केंद्रों में यूपीएस उपकरणों की बिक्री में वार्षिक वृद्धि 10% के करीब पहुंच रही है और ऐसा लगता है कि यह सीमा नहीं है।

डेटा केंद्र बड़े और बड़े होते जा रहे हैं और इसके परिणामस्वरूप बिजली के बुनियादी ढांचे के लिए नई चुनौतियाँ पैदा होती हैं। हालाँकि इस बात पर एक लंबी बहस चल रही है कि स्थैतिक यूपीएस गतिशील यूपीएस से बेहतर हैं और इसके विपरीत, एक बात है जिस पर अधिकांश इंजीनियर सहमत होंगे - कि जितनी अधिक शक्ति, उतनी ही अधिक उपयुक्त विद्युत मशीनें इसके साथ काम करने के लिए हैं: यह जनरेटर है .बिजली संयंत्रों में बिजली उत्पन्न करने के लिए उपयोग किया जाता है।

सभी गतिशील यूपीएस मोटर जनरेटर का उपयोग करते हैं, हालांकि वे अलग-अलग डिज़ाइन के होते हैं और निश्चित रूप से सुविधाओं और प्रदर्शन में भिन्न होते हैं। ऐसा ही एक सामान्य यूपीएस यांत्रिक रूप से जुड़ा डीजल इंजन समाधान, डीजल रोटरी यूपीएस (DRIBP) है। हालाँकि, डेटा केंद्रों के निर्माण के विश्व अभ्यास में, वास्तविक प्रतिस्पर्धा स्थिर यूपीएस और एक अन्य गतिशील यूपीएस तकनीक - रोटरी यूपीएस के बीच है, जो एक इलेक्ट्रिक मशीन का संयोजन है जो प्राकृतिक रूप और पावर इलेक्ट्रॉनिक्स का एक साइनसॉइडल वोल्टेज उत्पन्न करता है। ऐसे रोटरी यूपीएस विद्युत रूप से ऊर्जा भंडारण उपकरणों से जुड़े होते हैं, जो या तो बैटरी या फ्लाईव्हील हो सकते हैं।

नियंत्रण प्रौद्योगिकी, विश्वसनीयता, दक्षता और बिजली घनत्व में आधुनिक प्रगति, साथ ही यूपीएस बिजली की कम इकाई लागत, ऐसे कारक हैं जो स्थिर यूपीएस के लिए अद्वितीय नहीं हैं। हाल ही में पेश की गई पिलर यूबी-वी श्रृंखला एक योग्य विकल्प है।

आइए एक आधुनिक बड़े डेटा सेंटर के लिए यूपीएस सिस्टम के मूल्यांकन और चयन के लिए कुछ प्रमुख मानदंडों पर एक नज़र डालें, जिसके संदर्भ में प्रौद्योगिकी पसंदीदा प्रतीत होती है।

1. पूंजीगत लागत

यह सच है कि स्थिर यूपीएस छोटे यूपीएस सिस्टम के लिए प्रति किलोवाट कम कीमत की पेशकश कर सकते हैं, लेकिन जब उच्च शक्ति सिस्टम की बात आती है तो यह लाभ जल्दी ही खत्म हो जाता है। स्थिर यूपीएस निर्माताओं को अनिवार्य रूप से जिस मॉड्यूलर अवधारणा को अपनाना पड़ता है, वह बड़ी संख्या में कम शक्ति वाले यूपीएस के समानांतर घूमती है, जैसे कि नीचे दिए गए उदाहरण में दिखाया गया 1 किलोवाट आकार। यह दृष्टिकोण आवश्यक सिस्टम आउटपुट पावर प्राप्त करने की अनुमति देता है, लेकिन कई अनावश्यक तत्वों की जटिलता के कारण, यह रोटरी यूपीएस पर आधारित समाधान की लागत की तुलना में 250-20% लागत लाभ खो देता है। इसके अलावा, मॉड्यूल के इस समानांतर कनेक्शन में भी एक यूपीएस सिस्टम में इकाइयों की संख्या की सीमा होती है, जिसके बाद समानांतर मॉड्यूलर सिस्टम स्वयं समानांतर होना चाहिए, जो अतिरिक्त स्विचगियर और केबल के कारण समाधान की लागत को और बढ़ा देता है।

टैब. 1. 48MW आईटी लोड के लिए समाधान उदाहरण। यूबी-वी मोनोब्लॉक का बड़ा आकार समय और पैसा बचाता है।

2. विश्वसनीयता

हाल के वर्षों में, डेटा सेंटर अधिक से अधिक कमोडिटीकृत उद्यम बन गए हैं, जबकि विश्वसनीयता को तेजी से महत्व दिया जा रहा है। इस संबंध में आशंकाएं बढ़ रही हैं कि इससे भविष्य में समस्याएं पैदा होंगी. चूंकि ऑपरेटर उच्चतम दोष सहनशीलता रेटिंग (9 की संख्या) का लक्ष्य रखते हैं और यह माना जाता है कि स्थैतिक यूपीएस तकनीक की कमियों को त्वरित और हॉट-स्वैप यूपीएस मॉड्यूल की क्षमता के माध्यम से मरम्मत के लिए कम समय (एमटीटीआर) द्वारा सबसे अच्छा दूर किया जाता है। लेकिन यह तर्क आत्मघाती हो सकता है. जितने अधिक मॉड्यूल शामिल होंगे, विफलता की संभावना उतनी ही अधिक होगी और, अधिक महत्वपूर्ण बात यह है कि जोखिम उतना अधिक होगा कि ऐसी विफलता से समग्र प्रणाली में लोड का नुकसान होगा। यह बेहतर है कि कोई दुर्घटना न हो।

सामान्य ऑपरेशन के दौरान विफलताओं (एमटीबीएफ) के बीच के समय के मूल्य पर उपकरण विफलताओं की संख्या की निर्भरता का एक उदाहरण अंजीर में दिखाया गया है। 1 और संबंधित गणना.

चावल। 1. एमटीबीएफ सूचकांक पर उपकरण विफलताओं की संख्या की निर्भरता।

सामान्य ऑपरेशन के दौरान उपकरण विफलता Q(t) की संभावना, सामान्य विफलता वक्र के ग्राफ के खंड (II) में, यादृच्छिक चर Q(t) = e-(λx t) के वितरण के घातीय कानून द्वारा काफी अच्छी तरह से वर्णित है ), जहां λ = 1/MTBF तीव्रता विफलता है, और t घंटों में परिचालन समय है। तदनुसार, परेशानी-मुक्त स्थिति में समय t के बाद सभी इंस्टॉलेशनों की प्रारंभिक संख्या N(0): N(t) = Q(t)*N(0) से N(t) इंस्टॉलेशन होंगे।

स्थिर यूपीएस का औसत एमटीबीएफ 200.000 घंटे है, जबकि यूबी-वी पिलर श्रृंखला के रोटरी यूपीएस का एमटीबीएफ 1.300.000 घंटे है। गणना से पता चलता है कि संचालन के 10 वर्षों में, 36% स्थिर यूपीएस दुर्घटनाग्रस्त हो जाएंगे, और केवल 7% रोटरी यूपीएस दुर्घटनाग्रस्त हो जाएंगे। यूपीएस उपकरण (तालिका 1) की विभिन्न संख्या को ध्यान में रखते हुए, इसका मतलब है कि 86 वर्षों के संचालन में 240MW आईटी पेलोड के साथ एक ही डेटा सेंटर में 2 स्थिर यूपीएस मॉड्यूल में से 20 विफलताएं और 48 पिलर रोटरी यूपीएस में से 10 विफलताएं हैं।

रूस और दुनिया में डेटा केंद्रों पर स्थिर यूपीएस के संचालन का अनुभव खुले स्रोतों से उपलब्ध विफलताओं और मरम्मत के आंकड़ों के आधार पर उपरोक्त गणनाओं की विश्वसनीयता की पुष्टि करता है।

सभी पिलर रोटरी यूपीएस, और विशेष रूप से यूबी-वी श्रृंखला, शुद्ध साइन तरंग उत्पन्न करने के लिए एक इलेक्ट्रिक मशीन का उपयोग करते हैं और पावर कैपेसिटर और आईजीबीटी ट्रांजिस्टर का उपयोग नहीं करते हैं, जो अक्सर सभी स्थिर यूपीएस में विफलताओं का कारण होते हैं। इसके अलावा, एक स्थिर यूपीएस बिजली आपूर्ति प्रणाली का एक जटिल हिस्सा है। जटिलता विश्वसनीयता को कम कर देती है। बेहतर विश्वसनीयता के लिए यूबी-वी रोटरी यूपीएस में कम घटक और अधिक मजबूत सिस्टम डिज़ाइन (मोटर-जनरेटर) होता है।

3. ऊर्जा दक्षता

आधुनिक स्थैतिक यूपीएस में अपने पूर्ववर्तियों की तुलना में बेहतर ऑनलाइन (या "सामान्य" मोड) ऊर्जा दक्षता होती है। एक नियम के रूप में, 96,3% के स्तर पर चरम दक्षता मूल्यों के साथ। उच्च आंकड़े अक्सर दिए जाते हैं, लेकिन यह केवल तभी प्राप्त किया जा सकता है जब स्थिर यूपीएस काम कर रहा हो, ऑनलाइन और वैकल्पिक मोड (जैसे ईसीओ-मोड) के बीच स्विच कर रहा हो। हालाँकि, वैकल्पिक ऊर्जा-बचत मोड का उपयोग करते समय, लोड बिना किसी सुरक्षा के बाहरी नेटवर्क से संचालित होता है। इस कारण से, अधिकांश मामलों में डेटा केंद्रों में केवल ऑनलाइन मोड का उपयोग किया जाता है।

रोटरी यूपीएस की पिलर यूबी-वी श्रृंखला सामान्य ऑपरेशन के दौरान स्थिति नहीं बदलती है, जबकि 98% लोड पर 100% और 97% लोड पर 50% दक्षता ऑनलाइन प्रदान करती है।

ऊर्जा दक्षता में यह अंतर आपको ऑपरेशन के दौरान बिजली पर महत्वपूर्ण बचत प्राप्त करने की अनुमति देता है (तालिका 2)।

टैब. 2. डेटा सेंटर 48 मेगावाट आईटी लोड में ऊर्जा लागत बचत।

4. अधिगृहीत स्थान

आईजीबीटी प्रौद्योगिकी में परिवर्तन और ट्रांसफार्मर के उन्मूलन के साथ सामान्य प्रयोजन स्थैतिक यूपीएस काफी अधिक कॉम्पैक्ट हो गए हैं। हालाँकि, इस परिस्थिति को ध्यान में रखते हुए भी, यूबी-वी श्रृंखला के रोटरी यूपीएस प्रति यूनिट बिजली के स्थान के संदर्भ में 20% या अधिक का लाभ देते हैं। परिणामी स्थान बचत का उपयोग ऊर्जा केंद्र की क्षमता बढ़ाने और अतिरिक्त सर्वरों को समायोजित करने के लिए भवन के "सफेद", उपयोगी स्थान को बढ़ाने के लिए किया जा सकता है।

चावल। 2. विभिन्न प्रौद्योगिकियों के 2MW यूपीएस द्वारा कब्जा किया गया स्थान। पैमाने पर वास्तविक स्थापनाएँ।

5. उपलब्धता

एक अच्छी तरह से डिजाइन, निर्मित और संचालित डेटा सेंटर के प्रमुख संकेतकों में से एक इसका उच्च दोष सहनशीलता अनुपात है। जबकि 100% अपटाइम हमेशा लक्ष्य होता है, रिपोर्ट से पता चलता है कि दुनिया के 30% से अधिक डेटा सेंटर प्रति वर्ष कम से कम एक अनियोजित आउटेज का अनुभव करते हैं। इनमें से कई मानवीय भूल के कारण होते हैं, लेकिन ऊर्जा अवसंरचना भी एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है। यूबी-वी श्रृंखला वर्षों से सिद्ध पिलर मोनोब्लॉक रोटरी यूपीएस तकनीक का उपयोग करती है जो किसी भी अन्य तकनीक की तुलना में विश्वसनीयता में कहीं बेहतर है। इसके अलावा, उचित रूप से नियंत्रित वातावरण वाले डेटा केंद्रों में यूबी-वी यूपीएस को रखरखाव के लिए सालाना बंद करने की आवश्यकता नहीं होती है।

6. लचीलापन

अक्सर, डेटा सेंटर आईटी सिस्टम को 3-5 वर्षों के भीतर अद्यतन और उन्नत किया जाता है। इसलिए, इसे पूरा करने के लिए बिजली और शीतलन अवसंरचना पर्याप्त रूप से लचीली होनी चाहिए और इसमें भविष्य की पर्याप्त संभावनाएं होनी चाहिए। पारंपरिक स्थैतिक यूपीएस और यूबी-वी यूपीएस दोनों को विभिन्न तरीकों से कॉन्फ़िगर किया जा सकता है।

हालाँकि, उत्तरार्द्ध पर आधारित समाधानों की संरचना व्यापक है, और, आम तौर पर बोलते हुए, चूंकि यह इस लेख के दायरे से परे है, यह काम करने के लिए 6-30 केवी के मध्यम वोल्टेज पर निर्बाध बिजली आपूर्ति प्रणालियों को लागू करना संभव बनाता है। नवीकरणीय और वैकल्पिक उत्पादन स्रोतों वाले नेटवर्क पर, एन+1 कॉन्फ़िगरेशन में लागत प्रभावी, अति-विश्वसनीय, टियर IV यूआई अनुरूप आईपी बस सिस्टम बनाने के लिए।

निष्कर्ष के तौर पर कई निष्कर्ष निकाले जा सकते हैं। जितने अधिक डेटा केंद्र विकसित होते हैं, उन्हें अनुकूलित करने का कार्य उतना ही कठिन हो जाता है, जब आर्थिक संकेतकों, विश्वसनीयता के पहलुओं, प्रतिष्ठा और पर्यावरणीय प्रभाव को कम करने के पहलुओं को एक साथ नियंत्रित करना आवश्यक होता है। स्टेटिक यूपीएस का उपयोग डेटा केंद्रों में किया जाता रहा है और भविष्य में भी किया जाता रहेगा। हालाँकि, यह भी निर्विवाद है कि बिजली आपूर्ति प्रणालियों के क्षेत्र में मौजूदा दृष्टिकोणों के विकल्प मौजूद हैं जिनके "अच्छे पुराने स्टैटिक्स" पर महत्वपूर्ण फायदे हैं।

स्रोत: www.habr.com