De markt voor de IT-industrie is de grootste consument van ononderbroken stroomvoorzieningen (UPS) en gebruikt ongeveer 75% van alle geproduceerde UPS-systemen. De jaarlijkse wereldwijde verkoop van UPS-apparatuur aan alle soorten datacenters, inclusief ondernemingen, commerciële en ultragrote datacenters, bedraagt $3 miljard. Tegelijkertijd nadert de jaarlijkse stijging van de verkoop van UPS-apparatuur in datacenters de 10% en het lijkt erop dat dit niet de limiet is.
Datacenters worden steeds groter en dit zorgt op zijn beurt voor nieuwe uitdagingen voor de energie-infrastructuur. Hoewel er een lang debat gaande is over hoe statische UPS'en superieur zijn aan dynamische UPS'en en omgekeerd, zullen de meeste ingenieurs het over één ding eens zijn: hoe hoger het vermogen, hoe beter elektrische machines hiervoor geschikt zijn: generatoren worden gebruikt om energie op te wekken. elektrische energie in elektriciteitscentrales.
Alle dynamische UPS'en maken gebruik van motorgeneratoren, maar deze hebben een verschillend ontwerp en hebben beslist verschillende kenmerken en kenmerken. Een van deze vrij gebruikelijke UPS'en is een oplossing met een mechanisch aangesloten dieselmotor: een roterende diesel-UPS (DRIBP). In de wereldpraktijk van datacenterconstructies is er echter echte concurrentie tussen statische UPS en een andere dynamische UPS-technologie: roterende UPS, een combinatie van een elektrische machine die een sinusoïdale spanning met natuurlijke vorm en vermogenselektronica produceert. Dergelijke roterende UPS'en hebben een elektrische verbinding met energieopslagapparaten, dit kunnen batterijen of vliegwielen zijn.
Moderne ontwikkelingen op het gebied van besturingstechnologie, betrouwbaarheid, efficiëntie en vermogensdichtheid, evenals lagere kosten per eenheid UPS-vermogen, zijn factoren die niet uniek zijn voor statische UPS. De onlangs geïntroduceerde Piller UB-V serie is een waardig alternatief.
Laten we verder kijken naar enkele van de belangrijkste criteria voor het beoordelen en selecteren van een UPS-systeem voor een modern groot datacenter, in de context waarvan technologie de voorkeur lijkt te hebben.
1. Kapitaalkosten
Het is waar dat statische UPS'en een lagere prijs per kW kunnen bieden voor kleinere UPS-systemen, maar dat voordeel verdwijnt snel als het gaat om grotere energiesystemen. Het modulaire concept dat fabrikanten van statische UPS-systemen onvermijdelijk moeten toepassen, draait om de parallelle aansluiting van een groot aantal UPS'en met een klein nominaal vermogen, bijvoorbeeld 1 kW groot, zoals in het onderstaande voorbeeld. Met deze aanpak kunt u de vereiste waarde van een bepaald systeemuitgangsvermogen bereiken, maar vanwege de complexiteit van veel gedupliceerde elementen verliest u 250-20% van het kostenvoordeel vergeleken met de kosten van een oplossing op basis van roterende UPS'en. Bovendien heeft zelfs deze parallelle aansluiting van modules beperkingen op het aantal eenheden in één UPS-systeem, waarna de parallelle modulaire systemen zelf parallel moeten zijn, wat de kosten van de oplossing verder verhoogt vanwege extra distributieapparaten en kabels.
Tafel 1. Voorbeeld van een oplossing voor een IT-belasting van 48 MW. Het grotere formaat van UB-V-monoblokken bespaart tijd en geld.
2. Betrouwbaarheid
De afgelopen jaren zijn datacenters steeds meer gecommoditiseerde ondernemingen geworden, terwijl betrouwbaarheid steeds meer als vanzelfsprekend wordt beschouwd. In dit verband bestaat er steeds meer bezorgdheid dat dit in de toekomst tot problemen zal leiden. Omdat operators streven naar maximale fouttolerantie (aantal "9"), wordt aangenomen dat de tekortkomingen van statische UPS-technologie het beste kunnen worden overwonnen door een korte reparatietijd (MTTR), vanwege de mogelijkheid om UPS-modules snel en hot-swappable te maken. Maar dit argument kan zichzelf ondermijnen. Hoe meer modules er betrokken zijn, hoe groter de kans op falen en, nog belangrijker, hoe groter het risico dat een dergelijk falen zal resulteren in belastingsverlies in het totale systeem. Het is beter om helemaal geen crashes te hebben.
Een illustratie van de afhankelijkheid van het aantal apparatuurstoringen van de waarde van de tijd tussen storingen (MTBF) tijdens normaal bedrijf wordt getoond in Fig. 1 en bijbehorende berekeningen.
Rijst. 1. Afhankelijkheid van het aantal apparatuurstoringen van de MTBF-indicator.
De waarschijnlijkheid van apparatuurstoring Q(t) tijdens normaal bedrijf, in sectie (II) van de normale storingscurvegrafiek, wordt vrij goed beschreven door de exponentiële verdelingswet van willekeurige variabelen Q(t) = e-(λx t), waarbij λ = 1/MTBF – intensiteitsstoringen, en t is de gebruiksduur in uren. Dienovereenkomstig zullen er na tijdstip t N(t) installaties in een probleemloze toestand zijn vanaf het initiële aantal van alle installaties N(0): N(t) = Q(t)*N(0).
De gemiddelde MTBF van een statische UPS is 200.000 uur, en de MTBF van een roterende UPS uit de UB-V Piller-serie is 1.300.000 uur. Uit berekeningen blijkt dat over een periode van tien jaar gebruik 10% van de statische UPS'en een ongeval zal meemaken, en slechts 36% van de roterende UPS'en. Rekening houdend met de verschillende aantallen UPS-apparatuur (Tabel 7), betekent dit 1 storingen van de 86 statische UPS-modules en 240 storingen van de 2 Piller roterende UPS-modules, in hetzelfde datacenter met een nuttige IT-belasting van 20 MW over 48 jaar. jaren actief.
Ervaring met het bedienen van statische UPS'en in datacentra in Rusland en de rest van de wereld bevestigt de betrouwbaarheid van de bovenstaande berekeningen, gebaseerd op statistieken van storingen en reparaties die beschikbaar zijn via open bronnen.
Alle roterende UPS'en van Piller, en in het bijzonder de UB-V-serie, gebruiken een elektrische machine om een zuivere sinusgolf te genereren en maken geen gebruik van vermogenscondensatoren en IGBT-transistors, die vaak de oorzaak zijn van storingen in alle statische UPS'en. Bovendien is een statische UPS een complex onderdeel van het stroomvoorzieningssysteem. Complexiteit vermindert de betrouwbaarheid. UB-V roterende UPS'en hebben minder componenten en een robuuster systeemontwerp (motor-generator), wat de betrouwbaarheid vergroot.
3. Energie-efficiëntie
Moderne statische UPS'en hebben een veel betere online (of "normale" modus) energie-efficiëntie dan hun voorgangers. Typisch met piekefficiëntiewaarden van 96,3%. Er worden vaak hogere cijfers genoemd, maar dit is alleen haalbaar als de statische UPS werkt door te schakelen tussen online en alternatieve modi (bijvoorbeeld de ECO-modus). Wanneer u echter de alternatieve energiebesparende modus gebruikt, werkt de belasting zonder enige bescherming vanaf het externe netwerk. Om deze reden gebruiken datacenters in de praktijk in de meeste gevallen alleen de online modus.
De Piller UB-V-serie roterende UPS'en veranderen niet van status tijdens normaal bedrijf, terwijl ze online tot 98% efficiëntie leveren bij een belastingsniveau van 100% en 97% efficiëntie bij een belastingsniveau van 50%.
Door dit verschil in energie-efficiëntie kunt u tijdens bedrijf aanzienlijke besparingen op elektriciteit realiseren (Tabel 2).
Tafel 2. Energiekosten besparen bij een datacenter met 48 MW IT-belasting.
4. Bezette ruimte
Statische UPS'en voor algemeen gebruik zijn aanzienlijk compacter geworden door de overgang naar IGBT-technologie en de eliminatie van transformatoren. Maar zelfs als we met deze omstandigheid rekening houden, bieden roterende UPS'en uit de UB-V-serie een winst van 20% of meer in termen van ingenomen ruimte per eenheid vermogen. De resulterende ruimtebesparing kan zowel worden gebruikt om het vermogen van het energiecentrum te vergroten als om de “witte”, bruikbare ruimte van het gebouw te vergroten om extra servers te huisvesten.
Rijst. 2. Ruimte ingenomen door 2 MW UPS van verschillende technologieën. Echte installaties op schaal.
5. Beschikbaarheid
Een van de belangrijkste indicatoren van een goed ontworpen, gebouwd en geëxploiteerd datacenter is de hoge veerkrachtfactor. Hoewel 100% uptime altijd een doel is, geven rapporten aan dat meer dan 30% van de datacenters ter wereld minstens één ongeplande uitval per jaar ervaart. Veel hiervan worden veroorzaakt door menselijke fouten, maar ook de energie-infrastructuur speelt een belangrijke rol. De UB-V-serie maakt gebruik van de door de jaren heen beproefde roterende UPS-technologie van Piller in een monoblock-ontwerp, waarvan de betrouwbaarheid aanzienlijk hoger is dan die van alle andere technologieën. Bovendien vereisen UB-V UPS'en zelf in datacenters met een goed gecontroleerde omgeving geen jaarlijkse stilstand voor onderhoud.
6. Flexibiliteit
Vaak worden de IT-systemen van datacenters binnen drie tot vijf jaar bijgewerkt en gemoderniseerd. Daarom moeten de stroom- en koelingsinfrastructuren flexibel genoeg zijn om hieraan tegemoet te komen en voldoende toekomstbestendig zijn. Zowel conventionele statische UPS als UB-V UPS kunnen op verschillende manieren worden geconfigureerd.
Het scala aan oplossingen op basis van dit laatste is echter breder, en aangezien dit buiten het bestek van dit artikel valt, maakt het het in het algemeen mogelijk om ononderbroken stroomvoorzieningssystemen te implementeren met een middenspanningsspanning van 6-30 kV, om werken aan netwerken met hernieuwbare en alternatieve opwekkingsbronnen, om kosteneffectieve, zeer betrouwbare systemen te bouwen met een geïsoleerde parallelle bus (IP Bus), overeenkomend met het Tier IV UI-niveau in een N+1-configuratie.
Als conclusie kunnen een aantal conclusies worden getrokken. Hoe meer datacenters zich ontwikkelen, hoe complexer de taak om ze te optimaliseren wordt, wanneer het nodig is om tegelijkertijd economische indicatoren, aspecten van betrouwbaarheid, reputatie en het minimaliseren van de impact op het milieu te controleren. Statische UPS'en worden en zullen in de toekomst in datacenters worden gebruikt. Het valt echter ook niet te ontkennen dat er alternatieven zijn voor de bestaande benaderingen op het gebied van stroomvoorzieningssystemen die aanzienlijke voordelen bieden ten opzichte van de “goede oude statica”.
Bron: www.habr.com