最新の静的 UPS とロータリー UPS の比較。 静的 UPS が限界に達しましたか?

IT 産業市場は無停電電源装置 (UPS) の最大の消費者であり、生産されるすべての UPS の約 75% を使用しています。 企業、商業、超大規模を含むあらゆるタイプのデータセンターにおける UPS 機器の年間世界売上高は 3 億ドルです。 同時に、データセンターにおける UPS 機器の年間売上増加率は 10% に近づき、これが限界ではないようです。

データセンターはますます大規模化しており、これにより電力インフラストラクチャに新たな課題が生じています。 静的 UPS が動的 UPS よりも優れている点、またはその逆については長い議論がありますが、ほとんどのエンジニアが同意することが XNUMX つあります。それは、電力が高いほど、その動作に適した電気機械、つまり発電機であるということです。発電所で電気を生成するため。

すべてのダイナミック UPS はモーター ジェネレーターを使用しますが、設計が異なり、機能や性能も確実に異なります。 このようなかなり一般的な UPS の XNUMX つは、機械的に接続されたディーゼル エンジン ソリューションであるディーゼル ロータリー UPS (DRIBP) です。 しかし、世界のデータセンター構築現場では、本当の競争は、静的 UPS と、もう XNUMX つの動的 UPS テクノロジーであるロータリー UPS との間で行われます。ロータリー UPS は、自然な形の正弦波電圧を生成する電気機械とパワー エレクトロニクスを組み合わせたものです。 このようなロータリー UPS は、バッテリーまたはフライホイールのいずれかであるエネルギー貯蔵デバイスに電気的に接続されています。

制御技術、信頼性、効率、電力密度の最新の進歩、および UPS 電力の単価の削減は、静的 UPS に固有の要因ではありません。 最近導入された Pillar UB-V シリーズは、価値のある代替品です。

どのテクノロジーが好ましいと思われるかという観点から、最新の大規模データセンター向け UPS システムを評価および選択するための重要な基準をいくつか見てみましょう。

1. 資本コスト

確かに、静的 UPS は小型 UPS システムでは kW あたりの価格を低く抑えることができますが、高電力システムになるとその利点はすぐに消えてしまいます。 スタティック UPS メーカーが必然的に採用しなければならないモジュール式のコンセプトは、以下の例に示す 1kW サイズのような多数の低電力 UPS の並列接続を中心に展開されます。 このアプローチでは、必要なシステム出力電力が得られますが、多くの冗長要素が複雑であるため、ロータリー UPS に基づくソリューションのコストと比較して 250 ～ 20% のコスト上の利点が失われます。 さらに、このモジュールの並列接続でも 30 つの UPS システム内のユニット数に制限があり、その後は並列モジュラー システム自体を並列にする必要があり、追加の開閉装置やケーブルによりソリューションのコストがさらに増加し​​ます。

タブ。 1. 48MW IT 負荷のソリューション例。 UB-V モノブロックのサイズが大きいため、時間とコストが節約されます。

2.信頼性

近年、データセンターはますますコモディティ化が進んでおり、信頼性がますます当然のことと考えられています。 この点で、将来的に問題が生じるのではないかとの懸念が高まっている。 なぜなら、オペレータは最高の耐障害性評価 (数値 9) を目指しており、静的 UPS テクノロジの欠点は、UPS モジュールを迅速にホットスワップする機能による短い修復時間 (MTTR) によって最もよく克服されると考えられているからです。 しかし、この議論は自滅的なものになる可能性があります。 関与するモジュールが多いほど、障害の可能性が高くなりますが、さらに重要なことに、そのような障害がシステム全体の負荷の損失につながるリスクも高くなります。 クラッシュがまったくない方が良いです。

通常動作時の機器故障数と故障間隔時間 (MTBF) の値の関係を図で示します。 1 とそれに対応する計算。

米。 1. MTBF インデックスに対する機器の故障数の依存性。

通常故障曲線のグラフのセクション (II) にある、通常動作中の機器故障の確率 Q(t) は、確率変数の分布の指数法則 Q(t) = e-(λx t) によって非常によく説明されます。 )、ここで、λ = 1/MTBF は強度障害、t は動作時間 (時間) です。 したがって、トラブルのない状態での時間 t の後、すべての設置の初期数 N(0) から N(t) の設置が行われます: N(t) = Q(t)*N(0)。

静的 UPS の平均 MTBF は 200.000 時間ですが、UB-V Pillar シリーズのロータリー UPS の MTBF は 1.300.000 時間です。 計算によると、10 年間の運用で、静的 UPS の 36% で事故が発生するのに対し、ロータリー UPS ではわずか 7% にすぎません。 UPS 機器の数の違い (表 1) を考慮すると、これは、86MW の IT ペイロードを備えた同じデータセンター内で、240 年間の運用期間中に 2 台の静的 UPS モジュールで 20 台の障害が発生し、48 台の Pillar ロータリー UPS で 10 台の障害が発生したことを意味します。

ロシアおよび世界のデータセンターで静的 UPS を運用した経験により、オープンソースから入手可能な故障と修理の統計に基づいて、上記の計算の信頼性が確認されています。

すべての Pillar ロータリー UPS、特に UB-V シリーズは、電気機械を使用して純粋な正弦波を生成し、すべての静的 UPS で障害の原因となることが多い電源コンデンサと IGBT トランジスタを使用しません。 さらに、静的 UPS は電源システムの複雑な部分です。 複雑さは信頼性を低下させます。 UB-V ロータリー UPS はコンポーネントが少なく、より堅牢なシステム設計 (モーター/ジェネレーター) により信頼性が向上しています。

3.エネルギー効率

最新の静的 UPS は、以前のものよりもオンライン (または「通常」モード) のエネルギー効率がはるかに優れています。 原則として、ピーク効率値は96,3%のレベルです。 多くの場合、より高い数値が示されますが、これは静的 UPS が動作し、オンライン モードと代替モード (ECO モードなど) を切り替えている場合にのみ達成可能です。 ただし、代替省エネモードを使用する場合、負荷は保護されずに外部ネットワークから動作します。 このため、実際のデータセンターでは、ほとんどの場合、オンライン モードのみが使用されます。

Piller UB-V シリーズのロータリー UPS は、通常動作中に状態を変更せず、オンラインで 98% 負荷で最大 100%、97% 負荷で 50% の効率を提供します。

このエネルギー効率の違いにより、動作中の電力を大幅に節約できます (表 2)。

タブ。 2. データセンター 48 MW IT 負荷におけるエネルギーコストの削減。

4. 占有スペース

汎用スタティック UPS は、IGBT テクノロジーへの移行と変圧器の排除により、大幅にコンパクトになりました。 しかし、このような状況を考慮しても、UB-V シリーズ ロータリー UPS は単位電力当たりの占有スペースで 20% 以上の向上を実現します。 結果として得られるスペースの節約は、エネルギー センターの容量を増やすことと、追加のサーバーを収容するために建物の「白い」有用なスペースを増やすことの両方に使用できます。

米。 2. さまざまなテクノロジーの 2MW UPS が占めるスペース。 スケールに合わせた実際の設置。

5.可用性

適切に設計、構築、運用されているデータセンターの重要な指標の 100 つは、その高い耐障害性です。 30% の稼働率が常に目標ですが、レポートによると、世界のデータセンターの XNUMX% 以上で、少なくとも年に XNUMX 回の計画外停止が発生しています。 これらの多くは人的ミスによって引き起こされますが、エネルギーインフラも重要な役割を果たしています。 UB-V シリーズは、長年にわたって実績のある Piller のモノブロック ロータリー UPS テクノロジーを利用しており、他のテクノロジーよりも信頼性がはるかに優れています。 さらに、環境が適切に制御されているデータセンター内の UB-V UPS 自体は、メンテナンスのために毎年シャットダウンする必要がありません。

6.柔軟性

多くの場合、データセンター IT システムは 3 ～ 5 年以内に更新およびアップグレードされます。 したがって、電力および冷却インフラストラクチャは、これに対応できる十分な柔軟性と十分な将来性を備えている必要があります。 従来の静的 UPS と UB-V UPS はどちらもさまざまな方法で構成できます。

ただし、後者に基づくソリューションの構成はより幅広く、一般的に言えば、この記事の範囲を超えているため、中電圧 6 ～ 30 kV の無停電電源システムを実装することが可能になります。再生可能な代替電源を備えたネットワークを構築し、N+1 構成でコスト効率が高く信頼性の高い Tier IV UI 準拠の IP バス システムを構築します。

結論として、いくつかの結論を引き出すことができます。 データセンターが発展すればするほど、経済指標、信頼性、評判の側面、環境への影響の最小化を同時に管理する必要がある場合、その最適化の作業はより困難になります。 静的 UPS はこれまで、そして今後もデータセンターで使用され続けるでしょう。 ただし、電源システムの分野には、「古き良き静電気」よりも大きな利点がある既存のアプローチに代わるものがあることも否定できません。

出所： habr.com