Piața industriei IT este cel mai mare consumator de surse de alimentare neîntreruptibilă (UPS), folosind aproximativ 75% din toate UPS-urile produse. Vânzările globale anuale de echipamente UPS în toate tipurile de centre de date, inclusiv corporative, comerciale și ultra-mari, sunt de 3 miliarde USD. În același timp, creșterea anuală a vânzărilor de echipamente UPS în centrele de date se apropie de 10% și se pare că nu aceasta este limita.
Centrele de date devin din ce în ce mai mari și acest lucru creează, la rândul său, noi provocări pentru infrastructura energetică. Deși există o lungă dezbatere despre unde UPS-urile statice sunt superioare celor dinamice și invers, există un lucru asupra căruia majoritatea inginerilor vor fi de acord - că cu cât puterea este mai mare, cu atât mașinile electrice sunt mai potrivite pentru a lucra cu ele: este vorba despre generatoare. .folosit pentru a produce energie electrică în centralele electrice.
Toate UPS-urile dinamice folosesc generatoare de motoare, cu toate acestea, acestea au design diferite și cu siguranță diferă în funcție de caracteristici și performanță. Un astfel de UPS destul de comun este soluția de motor diesel conectată mecanic, UPS-ul rotativ diesel (DRIBP). Cu toate acestea, în practica mondială de construire a centrelor de date, concurența reală este între UPS static și o altă tehnologie UPS dinamică - UPS rotativ, care este o combinație între o mașină electrică care generează o tensiune sinusoidală de formă naturală și electronică de putere. Astfel de UPS-uri rotative sunt conectate electric la dispozitive de stocare a energiei, care pot fi fie baterii, fie volante.
Progresele moderne în tehnologia de control, fiabilitatea, eficiența și densitatea puterii, precum și reducerea costului unitar al puterii UPS-urilor sunt factori care nu sunt unici pentru UPS-urile statice. Seria recent introdusă Piller UB-V este o alternativă demnă.
Să aruncăm o privire la câteva dintre criteriile cheie pentru evaluarea și selectarea unui sistem UPS pentru un centru de date mare modern, în contextul căruia tehnologia pare să fie cea preferată.
1. Costuri de capital
Este adevărat că UPS-urile statice pot oferi un preț mai mic pe kW pentru sistemele UPS mai mici, dar acest avantaj se evaporă rapid atunci când vine vorba de sisteme de mare putere. Conceptul modular pe care producătorii de UPS-uri statice trebuie să îl adopte în mod inevitabil se învârte în jurul punerii în paralel a unui număr mare de UPS-uri cu putere redusă, cum ar fi dimensiunea de 1 kW prezentată în exemplul de mai jos. Această abordare realizează puterea de ieșire a sistemului necesară, dar datorită complexității numeroaselor elemente redundante, pierde un avantaj de cost de 250-20% față de costul unei soluții bazate pe UPS-uri rotative. Mai mult decât atât, chiar și această conexiune paralelă a modulelor are limite în ceea ce privește numărul de unități dintr-un sistem UPS, după care sistemele modulare paralele în sine trebuie să fie paralele, ceea ce crește și mai mult costul soluției datorită aparatelor și cablurilor suplimentare.
Tab. 1. Exemplu de soluție pentru o sarcină IT de 48 MW. Dimensiunea mai mare a monoblocurilor UB-V economisește timp și bani.
2. Fiabilitate
În ultimii ani, centrele de date au devenit din ce în ce mai multe întreprinderi comerciale, în timp ce fiabilitatea este considerată din ce în ce mai bună. În acest sens, temerile că acest lucru va duce la probleme în viitor. Întrucât operatorii urmăresc cel mai înalt nivel de toleranță la defecțiuni (număr de 9) și se presupune că deficiențele tehnologiei UPS statice sunt cel mai bine depășite prin timpul scurt de reparare (MTTR) prin capacitatea de a schimba rapid și la cald modulele UPS. Dar acest argument poate fi autodistructiv. Cu cât sunt mai multe module implicate, cu atât este mai mare probabilitatea de defecțiune și, mai important, cu atât este mai mare riscul ca o astfel de defecțiune să ducă la o pierdere de sarcină în întregul sistem. Este mai bine să nu ai deloc accidente.
O ilustrare a dependenței numărului de defecțiuni ale echipamentelor de valoarea timpului dintre defecțiuni (MTBF) în timpul funcționării normale este prezentată în fig. 1 și calculele corespunzătoare.
Orez. 1. Dependența numărului de defecțiuni ale echipamentelor de indicele MTBF.
Probabilitatea defectării echipamentului Q(t) în timpul funcționării normale, în secțiunea (II) a graficului curbei normale de defecțiune, este destul de bine descrisă de legea exponențială a distribuției variabilelor aleatoare Q(t) = e-(λx t ), unde λ = 1/MTBF este defecțiunile de intensitate și t este timpul de funcționare în ore. În consecință, după un timp t în stare fără probleme vor exista N(t) instalații din numărul inițial al tuturor instalațiilor N(0): N(t) = Q(t)*N(0).
MTBF mediu al UPS-urilor statice este de 200.000 de ore, în timp ce MTBF al UPS-urilor rotative din seria UB-V Piller este de 1.300.000 de ore. Calculul arată că peste 10 ani de funcționare, 36% dintre UPS-urile statice vor fi într-un accident și doar 7% dintre UPS-urile rotative. Luând în considerare numărul diferit de echipamente UPS (Tabelul 1), aceasta înseamnă 86 defecțiuni din 240 de module UPS statice și 2 defecțiuni din 20 de UPS-uri rotative Piller, în același centru de date cu o sarcină utilă IT de 48 MW în 10 ani de funcționare.
Experiența de operare a UPS-urilor statice la centrele de date din Rusia și din lume confirmă fiabilitatea calculelor de mai sus, pe baza statisticilor de defecțiuni și reparații disponibile din surse deschise.
Toate UPS-urile rotative Piller, și în special seria UB-V, folosesc o mașină electrică pentru a genera o undă sinusoidală pură și nu folosesc condensatoare de putere și tranzistoare IGBT, care sunt foarte adesea cauzele defecțiunilor tuturor UPS-urilor statice. Mai mult, un UPS static este o parte complexă a sistemului de alimentare. Complexitatea reduce fiabilitatea. UPS-urile rotative UB-V au mai puține componente și un design de sistem mai robust (motor-generator) pentru o fiabilitate îmbunătățită.
3. Eficienta energetica
UPS-urile statice moderne au o eficiență energetică online (sau modul „normal”) mult mai bună decât predecesorii lor. De regulă, cu valori de vârf ale eficienței la nivelul de 96,3%. Deseori sunt date cifre mai mari, dar acest lucru este realizabil numai atunci când UPS-ul static funcționează, comutând între modurile online și alternative (de exemplu, modul ECO). Cu toate acestea, atunci când se utilizează modul alternativ de economisire a energiei, sarcina este operată de la rețeaua externă fără nicio protecție. Din acest motiv, în practică, în centrele de date, în cele mai multe cazuri, este utilizat doar modul online.
Seria de UPS-uri rotative Piller UB-V nu își schimbă starea în timpul funcționării normale, oferind totuși o eficiență de până la 98% online la 100% sarcină și 97% la 50% sarcină.
Această diferență de eficiență energetică vă permite să obțineți economii semnificative de energie electrică în timpul funcționării (Tabelul 2).
Tab. 2. Economii de energie în centrul de date 48 MW încărcare IT.
4. Spațiul ocupat
UPS-urile statice de uz general au devenit semnificativ mai compacte odată cu trecerea la tehnologia IGBT și eliminarea transformatoarelor. Cu toate acestea, chiar și luând în considerare această circumstanță, UPS-urile rotative din seria UB-V oferă un câștig de 20% sau mai mult în ceea ce privește spațiul ocupat pe unitatea de putere. Economiile de spațiu rezultate pot fi folosite atât pentru creșterea capacității centrului energetic, cât și pentru creșterea spațiului „alb”, util, al clădirii pentru a găzdui servere suplimentare.
Orez. 2. Spatiu ocupat de 2MW UPS de diferite tehnologii. Instalații reale la scară.
5. Disponibilitate
Unul dintre indicatorii cheie ai unui centru de date bine proiectat, construit și operat este factorul ridicat de toleranță la erori. Deși 100% uptime este întotdeauna obiectivul, rapoartele indică faptul că peste 30% dintre centrele de date din lume se confruntă cu cel puțin o întrerupere neplanificată pe an. Multe dintre acestea sunt cauzate de erori umane, dar infrastructura energetică joacă, de asemenea, un rol important. Seria UB-V folosește tehnologia UPS monobloc rotativă Piller de ani de zile, care este cu mult superioară ca fiabilitate față de orice altă tehnologie. În plus, UPS-urile UB-V în sine din centrele de date cu un mediu controlat corespunzător nu trebuie să fie oprite anual pentru întreținere.
6. Flexibilitate
Adesea, sistemele IT ale centrelor de date sunt actualizate și actualizate în decurs de 3-5 ani. Prin urmare, infrastructurile de energie și răcire trebuie să fie suficient de flexibile pentru a face față acestui lucru și să aibă perspective de viitor suficiente. Atât UPS-ul static convențional, cât și UPS-ul UB-V pot fi configurate în diferite moduri.
Cu toate acestea, compoziția soluțiilor bazate pe acestea din urmă este mai largă și, vorbind în general, deoarece depășește domeniul de aplicare al acestui articol, face posibilă implementarea sistemelor de alimentare neîntreruptibilă la medie tensiune 6-30 kV, pentru a lucra la rețele cu surse regenerabile și alternative de generare, pentru a construi sisteme IP Bus rentabile, ultra-fiabile, compatibile cu UI Tier IV, într-o configurație N+1.
Ca o concluzie, se pot trage mai multe concluzii. Cu cât centrele de date evoluează mai mult, cu atât sarcina de optimizare a acestora devine mai dificilă, atunci când este necesar să se controleze simultan indicatorii economici, aspectele de fiabilitate, reputație și minimizarea impactului asupra mediului. UPS-urile statice au fost și vor continua să fie utilizate în centrele de date în viitor. Cu toate acestea, este de asemenea de netăgăduit că există alternative la abordările existente în domeniul sistemelor de alimentare cu energie electrică care au avantaje semnificative față de „statica veche bună”.
Sursa: www.habr.com