최신 정적 및 회전식 UPS 비교. 정적 UPS가 한계에 도달했습니까?

IT 산업 시장은 무정전 전원 공급 장치(UPS)를 가장 많이 소비하는 시장으로 생산된 모든 UPS의 약 75%를 사용합니다. 기업, 상업 및 초대형을 포함한 모든 유형의 데이터 센터에서 UPS 장비의 연간 글로벌 매출은 3억 달러입니다. 동시에 데이터 센터에서 UPS 장비의 연간 판매 증가율은 10%에 육박하고 있으며 이는 한계가 아닌 것으로 보입니다.

데이터 센터는 점점 더 커지고 있으며 이는 전력 인프라에 새로운 과제를 안겨줍니다. 정적 UPS가 동적 UPS보다 우월하거나 그 반대의 경우에 대해 오랜 논쟁이 있지만 대부분의 엔지니어가 동의하는 한 가지가 있습니다. 즉, 전력이 높을수록 작업에 더 적합한 전기 기계가 발전기라는 것입니다. 발전소에서 전기를 생산하기 위해.

모든 동적 UPS는 모터 발전기를 사용하지만 디자인이 다르고 기능과 성능이 확실히 다릅니다. 상당히 일반적인 UPS 중 하나는 기계적으로 연결된 디젤 엔진 솔루션인 DRIBP(디젤 로터리 UPS)입니다. 그러나 데이터 센터를 구축하는 세계 관행에서 실제 경쟁은 정적 UPS와 또 다른 동적 UPS 기술인 회전식 UPS 사이에 있습니다. 이 기술은 자연 형태의 정현파 전압과 전력 전자 장치를 생성하는 전기 기계의 조합입니다. 이러한 로터리 UPS는 배터리 또는 플라이휠일 수 있는 에너지 저장 장치에 전기적으로 연결됩니다.

제어 기술, 신뢰성, 효율성 및 전력 밀도의 현대적 발전과 UPS 전력의 단가 감소는 정적 UPS에만 국한된 요소가 아닙니다. 최근 출시된 Piller UB-V 시리즈는 가치 있는 대안입니다.

기술이 선호되는 맥락에서 최신 대형 데이터 센터용 UPS 시스템을 평가하고 선택하기 위한 몇 가지 주요 기준을 살펴보겠습니다.

1. 자본비용

정적 UPS가 더 작은 UPS 시스템에 대해 더 낮은 kW당 가격을 제공할 수 있다는 것은 사실이지만 고전력 시스템의 경우 이러한 이점이 빠르게 사라집니다. 정적 UPS 제조업체가 필연적으로 채택해야 하는 모듈식 개념은 아래 예에 표시된 1kW 크기와 같은 많은 수의 저전력 UPS를 병렬로 연결하는 것입니다. 이 접근 방식을 사용하면 필요한 시스템 출력 전력을 달성할 수 있지만 많은 중복 요소의 복잡성으로 인해 로터리 UPS 기반 솔루션 비용에 비해 250~20%의 비용 이점이 없습니다. 더욱이, 이 모듈의 병렬 연결조차도 하나의 UPS 시스템에 있는 장치의 수에 제한이 있으며, 그 이후에는 병렬 모듈 시스템 자체가 병렬이어야 하므로 추가 스위치기어와 케이블로 인해 솔루션 비용이 더욱 증가합니다.

탭. 1. 48MW IT 부하에 대한 솔루션 예. UB-V 모노블록의 더 큰 크기는 시간과 비용을 절약합니다.

2. 신뢰성

최근 몇 년 동안 데이터 센터는 점점 더 상품화된 기업이 되었으며 안정성은 점점 더 중요하게 여겨졌습니다. 이런 점에서 향후 문제로 이어질 수 있다는 우려가 커지고 있다. 운영자가 가장 높은 내결함성 등급(숫자 9)을 목표로 하기 때문에 정적 UPS 기술의 단점은 UPS 모듈을 신속하고 핫스왑할 수 있는 기능을 통해 수리 시간 단축(MTTR)으로 가장 잘 극복된다고 가정합니다. 그러나이 주장은 자기 파괴적 일 수 있습니다. 관련된 모듈이 많을수록 고장 확률이 높아지고 더 중요한 것은 그러한 고장이 전체 시스템의 부하 손실로 이어질 위험이 높아진다는 것입니다. 충돌이 전혀 없는 것이 좋습니다.

정상 작동 중 고장 사이의 시간(MTBF) 값에 대한 장비 고장 횟수의 의존성을 그림으로 보여줍니다. 1 및 해당 계산.

쌀. 1. MTBF 지수에 대한 장비 고장 횟수의 의존성.

정상적인 고장 곡선 그래프의 섹션 (II)에서 정상 작동 중 장비 고장 확률 Q(t)는 임의 변수 Q(t) = e-(λx t의 지수 분포 법칙으로 잘 설명됩니다. ) 여기서 λ = 1/MTBF는 고장 강도이고 t는 작동 시간(시간)입니다. 따라서 무고장 상태의 시간 t 이후에는 모든 설치의 초기 수 N(0)에서 N(t)개의 설치가 있게 됩니다: N(t) = Q(t)*N(0).

정적 UPS의 평균 MTBF는 200.000시간인 반면 UB-V Piller 시리즈의 회전식 UPS의 평균 MTBF는 1.300.000시간입니다. 계산에 따르면 10년 이상 작동하면 정적 UPS의 36%가 사고가 발생하고 회전식 UPS의 사고는 7%에 불과합니다. 서로 다른 UPS 장비 수를 고려하면(표 1) 이는 86년 동안 240MW IT 페이로드가 있는 동일한 데이터 센터에서 2개의 고정 UPS 모듈 중 20개 고장과 48개 Piller 로터리 UPS 중 10개 고장이 발생했음을 의미합니다.

러시아 및 전 세계의 데이터 센터에서 정적 UPS를 운영한 경험은 오픈 소스에서 사용할 수 있는 고장 및 수리 통계를 기반으로 위 계산의 신뢰성을 확인합니다.

모든 Piller 로터리 UPS, 특히 UB-V 시리즈는 전기 기계를 사용하여 순수한 사인파를 생성하고 모든 정적 UPS의 고장 원인이 되는 전력 커패시터 및 IGBT 트랜지스터를 사용하지 않습니다. 또한 정적 UPS는 전원 공급 시스템의 복잡한 부분입니다. 복잡성은 신뢰성을 감소시킵니다. UB-V 로터리 UPS는 부품 수가 적고 시스템 설계(모터 발전기)가 더 견고하여 안정성이 향상되었습니다.

3. 에너지 효율

최신 정적 UPS는 이전 제품보다 온라인(또는 "정상" 모드) 에너지 효율성이 훨씬 뛰어납니다. 일반적으로 최고 효율 값은 96,3% 수준입니다. 종종 더 높은 수치가 제시되지만 이는 정적 UPS가 작동하고 온라인 모드와 대체 모드(예: ECO 모드) 사이를 전환할 때만 달성할 수 있습니다. 그러나 대체 에너지 절약 모드를 사용하는 경우 부하는 아무런 보호 없이 외부 네트워크에서 작동합니다. 이러한 이유로 데이터 센터에서는 실제로 대부분의 경우 온라인 모드만 사용됩니다.

회전식 UPS의 Piller UB-V 시리즈는 정상 작동 중에 상태를 변경하지 않으면서도 온라인에서 98% 부하에서 최대 100%, 97% 부하에서 50%의 효율성을 제공합니다.

이러한 에너지 효율성의 차이를 통해 작동 중 전기를 크게 절약할 수 있습니다(표 2).

탭. 2. 데이터 센터 48MW IT 부하의 에너지 비용 절감.

4. 점유 공간

범용 정적 UPS는 IGBT 기술로의 전환과 변압기 제거로 훨씬 더 소형화되었습니다. 그러나 이러한 상황을 고려하더라도 UB-V 시리즈 로터리 UPS는 전력 단위당 점유 공간 측면에서 20% 이상의 이득을 제공합니다. 결과적으로 절약된 공간은 에너지 센터의 용량을 늘리고 추가 서버를 수용할 수 있는 건물의 "백색" 공간을 늘리는 데 사용할 수 있습니다.

쌀. 2. 다른 기술의 2MW UPS가 차지하는 공간. 확장 가능한 실제 설치.

5. 가용성

잘 설계, 구축 및 운영되는 데이터 센터의 주요 지표 중 하나는 높은 내결함성 비율입니다. 100% 가동 시간이 항상 목표이지만 보고서에 따르면 전 세계 데이터 센터의 30% 이상이 연간 최소 한 번은 계획되지 않은 정전을 경험합니다. 그 중 많은 부분이 사람의 실수로 인해 발생하지만 에너지 인프라도 중요한 역할을 합니다. UB-V 시리즈는 수년간 검증된 Piller 로터리 UPS 기술을 일체형 패키지로 활용하여 다른 어떤 기술보다 신뢰성이 훨씬 뛰어납니다. 또한 적절하게 제어된 환경을 갖춘 데이터 센터의 UB-V UPS 자체는 유지 관리를 위해 매년 종료할 필요가 없습니다.

6. 유연성

종종 데이터 센터 IT 시스템은 3~5년 내에 업데이트 및 업그레이드됩니다. 따라서 전력 및 냉각 인프라는 이를 충족할 수 있을 만큼 충분히 유연해야 하며 충분한 미래 전망이 있어야 합니다. 기존의 정적 UPS와 UB-V UPS 모두 다양한 방식으로 구성할 수 있습니다.

그러나 후자를 기반으로 한 솔루션의 구성은 더 넓고 일반적으로 말해서 이 기사의 범위를 벗어나기 때문에 6-30kV의 중간 전압에서 무정전 전원 공급 시스템을 구현하여 작동할 수 있습니다. N+1 구성에서 비용 효율적이고 매우 안정적인 Tier IV UI 호환 IP 버스 시스템을 구축하기 위해 재생 및 대체 발전 소스가 있는 네트워크에서.

결론적으로 몇 가지 결론을 내릴 수 있습니다. 데이터 센터가 발전할수록 경제 지표, 신뢰성 측면, 평판 및 환경 영향 최소화를 동시에 제어해야 할 때 최적화 작업이 더 어려워집니다. 정적 UPS는 앞으로도 데이터 센터에서 계속 사용될 것입니다. 그러나 전원 공급 시스템 분야에서 "좋은 오래된 정적"에 비해 상당한 이점이 있는 기존 접근 방식에 대한 대안이 있다는 것도 부인할 수 없습니다.

출처 : habr.com