Monoblock versus modulair UPS

Een korte introductie voor beginners over waarom modulaire UPS-systemen beter zijn en hoe dat zo gekomen is.

Ononderbroken stroomvoorzieningen voor datacenters worden op basis van hun architectuur in twee grote groepen verdeeld: monoblokken en modulaire systemen. De eerste zijn traditionele UPS-systemen, terwijl de tweede relatief nieuw en geavanceerder zijn.

Wat zijn de verschillen tussen monoblokken en modulaire UPS-systemen?

Bij monoblok-UPS-systemen wordt de uitgangsvermogen geleverd door één krachtbron. In modulaire UPS-systemen zijn de belangrijkste componenten uitgevoerd als afzonderlijke modules die in gestandaardiseerde kasten worden geplaatst en samenwerken. Elke module is uitgerust met een microprocessor, oplader, omvormer en gelijkrichter, en vormt samen de volwaardige krachtbron van de UPS.

Laten we dit uitleggen aan de hand van een eenvoudig voorbeeld. Als we twee ononderbroken stroomvoorzieningen nemen – één monoblok en één modulair – met een vermogen van 40 kVA, dan heeft de eerste één krachtmodule van 40 kVA, terwijl de tweede bijvoorbeeld uit vier krachtmodules van elk 10 kVA bestaat.

Schaalbaarheidmogelijkheden

Bij het gebruik van monoblok-UPS-systemen moet bij toenemende behoefte aan elektriciteit parallel aan de bestaande een extra krachtblok van dezelfde capaciteit worden aangesloten. Dit is een vrij ingewikkeld proces.

Modulaire oplossingen kenmerken zich door grotere constructieve flexibiliteit. In dit geval kan aan een al functionerend blok één of meerdere modules worden toegevoegd. Dit is een vrij eenvoudige procedure die in korte tijd kan worden uitgevoerd.

Mogelijkheden voor geleidelijke vermogensuitbreiding

Geleidelijke vermogensuitbreiding is belangrijk in de beginfase van de werking van een datacenter. Het is heel logisch dat het in de eerste maanden voor 30-40% wordt belast. Het is praktischer en kosteneffectiever om UPS-systemen te gebruiken die precies voor deze belasting zijn ontworpen. Naarmate het klantenbestand groeit, zal de belasting van het datacenter toenemen, samen met de vraag naar extra elektriciteit.

Het vermogen van de UPS kan geleidelijk worden verhoogd samen met de technische infrastructuur. Bij het gebruik van monoblok-UPS-systemen is geleidelijke vermogensuitbreiding in principe onmogelijk. Bij modulaire UPS-systemen is het eenvoudig te realiseren.

Betrouwbaarheid van UPS

Wanneer we het over betrouwbaarheid hebben, maken we gebruik van twee concepten: gemiddelde tijd tussen storingen (MTBF) en gemiddelde hersteltijd (MTTR).

MTBF is een probabilistische waarde. De waarde van de gemiddelde tijd tussen storingen is gebaseerd op de volgende stelling: de betrouwbaarheid van een systeem neemt af naarmate het aantal componenten toeneemt.

Op dit punt hebben monoblock UPS-systemen de voorkeur. De reden is eenvoudig: in modulaire ononderbroken stroomvoorzieningen zijn er meer structurele elementen en aansluitingen, die allemaal als potentiële storingspunten worden beschouwd. Theoretisch gezien is de kans op een storing hier dan ook groter.

Echter, voor ononderbroken stroomvoorzieningen die in datacenters worden gebruikt, is niet de storing zelf belangrijk, maar hoe lang de UPS buiten werking zal zijn. Deze parameter wordt bepaald door de gemiddelde hersteltijd (MTTR).

Hier hebben modulaire systemen al een voordeel. Ze hebben een lage MTTR omdat elk module snel kan worden vervangen zonder onderbreking van de stroomvoorziening. Hiervoor moet die module op voorraad zijn en kan een enkele specialist de demontage en installatie uitvoeren. Dit kost in feite niet meer dan 30 minuten.

Bij monoblock UPS-systemen is de situatie aanzienlijk complexer. Hun reparatie kan niet zo snel worden uitgevoerd. Dit kan enkele uren tot enkele dagen duren.

Een andere parameter om de storingsbestendigheid van een systeem te bepalen is beschikbaarheid of, anders gezegd, werking. Deze indicator is hoger naarmate de gemiddelde tijd tussen storingen (MTBF) langer is en de gemiddelde hersteltijd (MTTR) korter.

gemiddelde beschikbaarheid (werking) =

In het geval van modulaire UPS-systemen is de situatie als volgt: hun MTBF-waarde is lager dan die van monoblock systemen, maar tegelijkertijd is hun MTTR-waarde aanzienlijk lager. Hierdoor blijkt de werking van modulaire ononderbroken stroomvoorzieningen hoger te zijn.

Energieverbruik

Een monoblock systeem vereist aanzienlijk hogere energieverbruik omdat het overmatig is. Laten we dit verduidelijken aan de hand van het voorbeeld van een N+1 redundantie schema. N is de belasting die nodig is voor de werking van de datacenter apparatuur. In ons geval nemen we het gelijk aan 90 kVA. Het N+1 schema betekent dat er vóór een storing nog 1 redundante eenheid in het systeem beschikbaar blijft.

Bij het gebruik van een monoblock ononderbroken voedingsbron met een vermogen van 90 kVA voor de implementatie van het N+1 schema, is het nodig om nog een dergelijke blok te gebruiken. Uiteindelijk zal de totale redundantie van het systeem 90 kVA bedragen.

Bij het gebruik van modulaire UPS-systemen met een vermogen van 30 kVA is de situatie anders. Bij dezelfde belasting voor de implementatie van het N+1 schema is nog een dergelijk module vereist. Uiteindelijk zal de totale redundantie van het systeem al niet 90 kVA zijn, maar slechts 30 kVA.

Hieruit blijkt: het gebruik van modulaire voedingsbronnen maakt het mogelijk om het energieverbruik van het datacenter als geheel te verminderen.

Economie

Als we twee ononderbroken voedingsbronnen van gelijke capaciteit vergelijken, dan is de monoblock goedkoper dan de modulaire. Om deze reden blijven monoblock UPS-systemen populair. Echter, het verhogen van het uitgangsvermogen zal de kosten van het systeem verdubbelen, omdat er nog een identieke blok moet worden toegevoegd. Daarnaast zal er behoefte zijn aan de installatie van schakelpanelen en verdeelkasten, evenals de aanleg van nieuwe kabelverbindingen.

Bij het gebruik van modulaire ononderbroken voedingsbronnen kan de systeemcapaciteit geleidelijk worden verhoogd. Dit betekent dat er alleen geld hoeft te worden uitgegeven voor de aanschaf van een aantal modules dat voldoende is om in de bestaande energiebehoefte te voorzien. Zonder onnodige reserve.

Conclusie

Monoblock ononderbroken voedingsbronnen onderscheiden zich door hun lage prijs, zijn eenvoudig in te stellen en te gebruiken. Toch verhogen ze het energieverbruik van het datacenter en zijn ze moeilijk te schalen. Dergelijke systemen zijn handig en effectief waar kleine vermogens vereist zijn en uitbreiding niet wordt voorzien.

Modulaire UPS-systemen kenmerken zich door gemakkelijke schaalbaarheid, minimale hersteltijd, hoge betrouwbaarheid en operationele capaciteit. Dergelijke systemen zijn optimaal voor het vergroten van de capaciteit van datacenters tot elke gewenste limiet met minimale kosten.

Bron: habr.com