השוואה בין UPS סטטיים וסיבוביים מודרניים. האם UPS סטטי הגיעו לגבול שלהם?

שוק תעשיית ה-IT הוא הצרכן הגדול ביותר של ספקי כוח אל-פסק (UPS), תוך שימוש בכ-75% מכלל ה-UPS המיוצרים. מכירות עולמיות שנתיות של ציוד UPS לכל סוגי מרכזי הנתונים, כולל ארגונים, מסחריים וגדולים במיוחד, עומדות על 3 מיליארד דולר. במקביל, הגידול השנתי במכירות ציוד UPS במרכזי נתונים מתקרב ל-10% ונראה שזה לא הגבול.

מרכזי נתונים הופכים גדולים יותר ויותר וזה, בתורו, יוצר אתגרים חדשים עבור תשתית האנרגיה. אמנם יש ויכוח ארוך על האופן שבו מערכות UPS סטטיות עדיפות על אלו דינמיות ולהיפך, דבר אחד שרוב המהנדסים יסכימו עליו הוא שככל שההספק גבוה יותר, כך מכונות חשמליות מתאימות יותר לטפל בו: גנרטורים. משמשים לייצור. אנרגיה חשמלית בתחנות כוח.

כל ה-UPS הדינמיים משתמשים במחוללי מנועים, אבל הם בעלי עיצובים שונים ובהחלט יש להם תכונות ומאפיינים שונים. אחד מה-UPS הנפוצים למדי הללו הוא פתרון עם מנוע דיזל מחובר מכני - UPS סיבובי דיזל (DRIBP). עם זאת, בפרקטיקה העולמית של בניית מרכזי נתונים, התחרות האמיתית היא בין UPS סטטי לבין טכנולוגיית UPS דינמית אחרת - UPS Rotary, שהיא שילוב של מכונה חשמלית המפיקה מתח סינוסואידאלי של צורה טבעית ואלקטרוניקה כוח. ל-UPS סיבוביים כאלה יש חיבור חשמלי עם התקני אחסון אנרגיה, שיכולים להיות סוללות או גלגלי תנופה.

התקדמות מודרנית בטכנולוגיית בקרה, אמינות, יעילות וצפיפות הספק, כמו גם עלות יחידה נמוכה יותר של כוח UPS, הם גורמים שאינם ייחודיים ל-UPS סטטי. סדרת ה-Piller UB-V שהוצגה לאחרונה היא אלטרנטיבה ראויה.

הבה נסתכל עוד על כמה מהקריטריונים המרכזיים להערכה ובחירת מערכת UPS עבור מרכז נתונים גדול ומודרני שבהקשרו הטכנולוגיה נראית עדיפה.

1. עלויות הון

נכון ש-UPS סטטיים יכולים להציע מחיר נמוך יותר ל-kW עבור מערכות UPS קטנות יותר, אבל היתרון הזה מתאדה במהירות כשמדובר במערכות חשמל גדולות יותר. התפיסה המודולרית שיצרני UPS סטטיים נאלצים לאמץ בהכרח סובבת סביב חיבור מקביל של מספר רב של UPS עם הספק נקוב קטן, למשל בגודל של 1 קילוואט כמו בדוגמה למטה. גישה זו מאפשרת להשיג את הערך הנדרש של הספק פלט של מערכת נתון, אך בשל המורכבות של אלמנטים משוכפלים רבים, היא מאבדת 250-20% מהיתרון בעלויות בהשוואה לעלות של פתרון המבוסס על UPS סיבוביים. יתרה מכך, גם לחיבור מקביל זה של מודולים יש מגבלות על מספר היחידות במערכת UPS אחת, שלאחריהן המערכות המודולריות המקבילות עצמן חייבות להיות מקבילות, מה שמייקר עוד יותר את עלות הפתרון עקב התקני הפצה וכבלים נוספים.

שולחן 1. דוגמה לפתרון לעומס IT של 48 MW. הגודל הגדול יותר של מונובלוקים UB-V חוסך זמן וכסף.

2. אמינות

בשנים האחרונות, מרכזי נתונים הפכו למפעלים יותר ויותר ממוצרים, בעוד שהאמינות נתפסת יותר ויותר כמובנת מאליה. בהקשר זה, גוברים החששות שהדבר יוביל לבעיות בעתיד. מכיוון שהמפעילים שואפים לסבולת תקלות מקסימלית (מספר של "9"), וההנחה היא שהחסרונות של טכנולוגיית UPS סטטית יתגברו בצורה הטובה ביותר על ידי זמן קצר לתיקון (MTTR) בשל היכולת לבצע החלפה מהירה וחמה של מודולי UPS. אבל הטיעון הזה יכול להביס את עצמו. ככל שמעורבים יותר מודולים, ההסתברות לכשל גבוהה יותר, וחשוב מכך, הסיכון גבוה יותר שכשל כזה יגרום לאובדן עומסים במערכת הכוללת. עדיף שלא יהיו קריסות בכלל.

המחשה של התלות של מספר תקלות הציוד בערך הזמן בין תקלות (MTBF) במהלך פעולה רגילה מוצגת באיור. 1 וחישובים מתאימים.

אורז. 1. תלות במספר כשלי הציוד במחוון MTBF.

ההסתברות לכשל בציוד Q(t) במהלך פעולה רגילה, בסעיף (II) של גרף עקומת הכשל הרגיל, מתוארת היטב על ידי חוק ההתפלגות המעריכית של משתנים אקראיים Q(t) = e-(λx t), כאשר λ = 1/MTBF - כשלים בעוצמה, ו-t הוא זמן הפעולה בשעות. בהתאם, לאחר זמן t יהיו מתקנים N(t) במצב ללא תקלות מהמספר ההתחלתי של כל המתקנים N(0): N(t) = Q(t)*N(0).

הערך הממוצע של UPS הסטטי MTBF הוא 200.000 שעות, וה-MTBF UPS הסיבובי של סדרת UB-V Piller הוא 1.300.000 שעות. מהחישוב עולה כי במשך 10 שנות פעילות בתאונה, 36% מה-UPS הסטטיים יהיו בתאונה, ורק 7% מה-UPS הסיבוביים. בהתחשב בכמויות השונות של ציוד IBP (טבלה 1), המשמעות היא 86 כשלים של 240 UPS סטטיים ו-2 סירובים של UPS Piller עם 20 רוטורים, באותו מרכז נתונים עם עומס IT שימושי של 48 mW למשך 10 שנות פעילות.

ניסיון בהפעלת UPS סטטיים במרכזי נתונים ברוסיה וברחבי העולם מאשר את המהימנות של החישובים לעיל, בהתבסס על סטטיסטיקות של כשלים ותיקונים הזמינים ממקורות פתוחים.

כל ה-UPS הסיבוביים של Piller, ובמיוחד סדרת UB-V, משתמשים במכונה חשמלית ליצירת גל סינוס טהור ואינם משתמשים בקבלי הספק וטרנזיסטורי IGBT, שהם לעתים קרובות מאוד הגורם לכשלים בכל ה-UPS הסטטיים. יתר על כן, UPS סטטי הוא חלק מורכב ממערכת אספקת החשמל. מורכבות מפחיתה את האמינות. ל-UPS סיבוביים UB-V יש פחות רכיבים ועיצוב מערכת חזק יותר (מנוע-גנרטור), מה שמגביר את האמינות.

3. יעילות אנרגטית

ל-UPS סטטיים מודרניים יש יעילות אנרגטית מקוונת (או במצב "רגיל") הרבה יותר טובה מקודמיהם. בדרך כלל עם ערכי יעילות שיא של 96,3%. לעתים קרובות צוטט נתונים גבוהים יותר, אך ניתן להשיג זאת רק כאשר UPS הסטטי פועל על ידי מעבר בין מצב מקוון למצב חלופי (למשל מצב ECO). עם זאת, בעת שימוש במצב חיסכון באנרגיה החלופי, העומס פועל מהרשת החיצונית ללא כל הגנה. מסיבה זו, בפועל, ברוב המקרים מרכזי נתונים משתמשים במצב מקוון בלבד.

סדרת Piller UB-V של UPS סיבוביים אינם משנים מצב במהלך פעולה רגילה, תוך מתן עד 98% יעילות מקוונת ברמת עומס של 100% ויעילות של 97% ברמת עומס של 50%.

הבדל זה ביעילות האנרגטית מאפשר לך להשיג חיסכון משמעותי בחשמל במהלך הפעולה (טבלה 2).

שולחן 2. חיסכון בעלויות אנרגיה במרכז נתונים עם עומס IT של 48 MW.

4. מקום תפוס

UPS סטטיים לשימוש כללי הפכו קומפקטיים יותר באופן משמעותי עם המעבר לטכנולוגיית IGBT וביטול השנאים. עם זאת, גם אם לוקחים בחשבון נסיבות אלו, UPS סיבוביים מסדרת UB-V מספקים רווח של 20% או יותר במונחים של שטח תפוס ליחידת הספק. החיסכון בשטח הנובע יכול לשמש הן להגדלת העוצמה של מרכז האנרגיה והן להגדלת החלל ה"לבן", השימושי של הבניין כדי להכיל שרתים נוספים.

אורז. 2. שטח תפוס על ידי 2 MW UPS של טכנולוגיות שונות. התקנות אמיתיות לפי קנה מידה.

5. זמינות

אחד האינדיקטורים המרכזיים של מרכז נתונים מעוצב, בנוי ומתופעל היטב הוא גורם החוסן הגבוה שלו. בעוד ש-100% זמן פעילות הוא תמיד יעד, דיווחים מצביעים על כך שיותר מ-30% ממרכזי הנתונים בעולם חווים לפחות הפסקה לא מתוכננת אחת בשנה. רבים מאלה נגרמים מטעויות אנוש, אך גם לתשתית האנרגיה יש תפקיד חשוב. סדרת UB-V משתמשת בטכנולוגיית UPS סיבובית מוכחת של Piller בעיצוב מונובלוק, שאמינותו גבוהה משמעותית מכל הטכנולוגיות האחרות. יתרה מכך, UB-V UPS עצמן במרכזי נתונים עם סביבה מבוקרת כהלכה אינם דורשים השבתה שנתית לצורך תחזוקה.

6. גמישות

לעתים קרובות, מערכות ה-IT של מרכזי הנתונים מתעדכנות ומודרניות תוך 3-5 שנים. לכן, תשתיות חשמל וקירור חייבות להיות גמישות מספיק כדי להכיל זאת ולהיות מספיק חסינות לעתיד. ניתן להגדיר גם UPS סטטי קונבנציונלי וגם UB-V UPS בדרכים שונות.

עם זאת, מגוון הפתרונות המבוססים על האחרון רחב יותר, ובאופן כללי, מכיוון שזה מעבר לתחום מאמר זה, הוא מאפשר ליישם מערכות אל-פסק במתח בינוני של 6-30 קילו וולט, כדי עבודה על רשתות עם מקורות יצור מתחדשים וחלופיים, כדי לבנות מערכות חסכוניות ואמינות במיוחד עם אפיק מקבילי מבודד (IP Bus), התואם לרמת Tier IV UI בתצורת N+1.

כמסקנה, ניתן להסיק מספר מסקנות. ככל שמתפתחים יותר מרכזי נתונים, כך משימת האופטימיזציה שלהם הופכת מורכבת יותר, כאשר יש צורך לשלוט בו זמנית במדדים כלכליים, בהיבטי אמינות, מוניטין וצמצום ההשפעה הסביבתית. UPS סטטיים שימשו וישמשו בעתיד במרכזי נתונים. עם זאת, אין להכחיש גם כי קיימות חלופות לגישות הקיימות בתחום מערכות אספקת החשמל בעלות יתרונות משמעותיים על פני ה"סטטיקה הישנה והטובה".

מקור: www.habr.com