Krótki przewodnik dla nowicjuszy na temat tego, dlaczego modułowe UPS-y są lepsze i jak to się stało.
Zasilacze bezprzerwowe dla centrów danych dzielą się na dwie główne grupy według architektury: monoblokowe i modułowe. Pierwsze należą do tradycyjnego typu UPS, drugie są stosunkowo nowe i bardziej zaawansowane.
Czym różnią się monoblokowe i modułowe UPS-y
W monoblokowych zasilaczach bezprzerwowych moc wyjściowa jest zapewniana przez jeden blok zasilający. W modułowych UPS główne komponenty są wykonane w postaci oddzielnych modułów, które umieszczone są w zunifikowanych szafach i współpracują ze sobą. Każdy z tych modułów jest wyposażony w procesor sterujący, ładowarkę, inwerter, prostownik i stanowi pełnoprawną część zasilającą UPS.
Wyjaśnijmy to na prostym przykładzie. Jeśli weźmiemy dwa zasilacze bezprzerwowe – monoblokowy i modułowy – o mocy 40 kVA, to pierwszy będzie miał jeden blok zasilający o mocy 40 kVA, a drugi – będzie składał się na przykład z czterech modułów zasilających o mocy 10 kVA każdy.
Możliwości skalowania
Przy użyciu monoblokowych UPS-ów, w miarę wzrostu zapotrzebowania na zasilanie, należy równolegle podłączyć kolejny pełny blok o tej samej mocy. To jest dość skomplikowany proces.
Rozwiązania modułowe charakteryzują się większą elastycznością konstrukcyjną. W tym przypadku do już funkcjonującego bloku można podłączyć jeden lub kilka modułów. To dość prosta procedura, którą można wykonać w krótkim czasie.
Możliwości stopniowego zwiększania mocy
Stopniowe zwiększanie mocy jest ważne na początkowym etapie działania centrum danych. Całkiem logiczne jest, że w pierwszych miesiącach będzie ono obciążone na poziomie 30–40%. Praktyczniej i ekonomiczniej jest używać zasilaczy bezprzerwowych zaprojektowanych właśnie na tę moc. W miarę rozwijania bazy klientów obciążenie centrum danych wzrośnie, a tym samym wzrośnie zapotrzebowanie na dodatkowe zasilanie.
Moc UPS można wygodnie zwiększać etapami razem z infrastrukturą techniczną. Przy użyciu monoblokowych zasilaczy bezprzerwowych stopniowe zwiększanie mocy jest w zasadzie niemożliwe. Z modułowymi UPS-ami jest to łatwo realizowalne.
Niezawodność UPS
Mówiąc o niezawodności, będziemy operować na dwóch pojęciach: średnim czasem pracy do awarii (MTBF) oraz średnim czasem przywracania systemu (MTTR).
MTBF to wartość probabilistyczna. Wartość średniego czasu pracy do awarii opiera się na następującym założeniu: niezawodność systemu maleje wraz ze wzrostem liczby jego komponentów.
Pod względem tego parametru, przewagę mają jednosystemowe UPS. Powód jest prosty: w modułowych zasilaczach awaryjnych jest więcej elementów konstrukcyjnych i złączy, z których każde traktuje się jako potencjalny punkt awarii. W związku z tym teoretycznie możliwość awarii jest tutaj wyższa.
Jednak w przypadku zasilaczy awaryjnych używanych w centrach danych, ważne jest nie to, że wystąpiła awaria, ale jak długo UPS pozostanie w stanie nieczynnym. Ten parametr określa średni czas przywracania systemu (MTTR).
Tutaj przewagę mają już modułowe jednostki. Charakteryzują się niską wartością MTTR, ponieważ każdy moduł można szybko wymienić bez przerwy w zasilaniu. Do tego potrzebne jest, aby ten moduł był w zapasie, a demontaż i montaż potrafił wykonać jeden specjalista. W praktyce zajmuje to nie więcej niż 30 minut.
W przypadku jednosystemowych zasilaczy awaryjnych sytuacja jest znacznie bardziej skomplikowana. Ich naprawa nie może być zrealizowana tak szybko. Może to zająć od kilku godzin do kilku dni.
Do określenia odporności systemu można również użyć innego parametru - dostępności, czyli inaczej mówiąc, efektywności. Wskaźnik ten jest tym wyższy, im dłuższy jest średni czas pracy do awarii (MTBF) i im krótszy jest średni czas przywracania systemu (MTTR). Odpowiednia formuła wygląda następująco:
średnia dostępność (efektywność) =
W odniesieniu do modułowych UPS sytuacja wygląda następująco: ich wartość MTBF jest mniejsza niż w przypadku jednosystemowych, ale jednocześnie mają znacznie niższy wskaźnik MTTR. W rezultacie efektywność modułowych zasilaczy awaryjnych okazuje się wyższa.
Zużycie energii
Systemy monoblokowe wymagają znacznie większego zużycia energii, ponieważ są nadmiarowe. Wyjaśnijmy to na przykładzie schematu rezerwowania N+1. N to wartość obciążenia niezbędna do działania sprzętu w centrum danych. W naszym przypadku założymy ją jako równą 90 kVA. Schemat N+1 oznacza, że w systemie przed awarią pozostaje jeden niezarezerwowany element.
Przy użyciu monoblokowego źródła zasilania o mocy 90 kVA do realizacji schematu N+1 należy użyć jeszcze jednego takiego samego bloku. W efekcie całkowita nadmiarowość systemu wyniesie 90 kVA.
Przy zastosowaniu modułowych UPS o mocy 30 kVA sytuacja wygląda inaczej. Przy tym samym obciążeniu do realizacji schematu N+1 potrzebny będzie jeszcze jeden taki sam moduł. W rezultacie całkowita nadmiarowość systemu będzie wynosić już nie 90 kVA, a tylko 30 kVA.
Stąd wniosek: użycie modułowych źródeł zasilania pozwala obniżyć zużycie energii w centrum danych jako całości.
Gospodarka
Jeśli weźmiemy pod uwagę dwa źródła zasilania o takiej samej mocy, to monoblokowe jest tańsze od modułowego. Z tego powodu monoblokowe UPS-y pozostają popularne. Jednak zwiększenie mocy wyjściowej podniesie koszt systemu dwukrotnie, ponieważ do istniejącego będzie trzeba dodać jeszcze jeden taki sam blok. Oprócz tego pojawi się potrzeba instalacji paneli przełączających i szaf rozdzielczych, a także układania nowych linii kablowych.
Przy użyciu modułowych źródeł zasilania moc systemu można stopniowo zwiększać. Oznacza to, że wydatki będą poniesione na zakup takiej liczby modułów, która wystarczy do zaspokojenia istniejących potrzeb na zasilanie, bez zbędnego zapasu.
Podsumowanie
Monoblokowe źródła zasilania charakteryzują się niską ceną, są proste w konfiguracji i eksploatacji. Jednak zwiększają zużycie energii w centrum danych i są trudne do skalowania. Takie systemy są wygodne i efektywne tam, gdzie wymagane są niewielkie moce i nie przewiduje się ich rozszerzenia.
Modułowe UPS-y charakteryzują się łatwą skalowalnością, minimalnym czasem przywracania, wysoką niezawodnością i efektywnością. Takie systemy są optymalne do zwiększania mocy centrum danych do dowolnych granic przy minimalnych wydatkach.
Źródło: habr.com
