Thị trường ngành CNTT là thị trường tiêu thụ nguồn cung cấp điện liên tục (UPS) lớn nhất, sử dụng khoảng 75% tổng số UPS được sản xuất. Doanh thu toàn cầu hàng năm của thiết bị UPS cho tất cả các loại trung tâm dữ liệu, bao gồm doanh nghiệp, thương mại và siêu lớn, là 3 tỷ USD. Đồng thời, mức tăng hàng năm về doanh số bán thiết bị UPS tại các trung tâm dữ liệu đang đạt gần 10% và có vẻ như đây chưa phải là giới hạn.
Các trung tâm dữ liệu ngày càng trở nên lớn hơn và điều này tạo ra những thách thức mới cho cơ sở hạ tầng năng lượng. Mặc dù có một cuộc tranh luận kéo dài về việc UPS tĩnh ưu việt hơn UPS động như thế nào và ngược lại, nhưng có một điều mà hầu hết các kỹ sư đều đồng ý là công suất càng cao thì các máy điện càng phù hợp để xử lý nó: máy phát điện dùng để tạo ra điện. năng lượng ở các nhà máy điện.
Tất cả các UPS động đều sử dụng máy phát động cơ, nhưng chúng có thiết kế khác nhau và chắc chắn có các tính năng và đặc điểm khác nhau. Một trong những UPS khá phổ biến này là giải pháp với động cơ diesel được kết nối cơ học - UPS quay diesel (DRIBP). Tuy nhiên, trong thực tiễn xây dựng trung tâm dữ liệu trên thế giới, sự cạnh tranh thực sự là giữa UPS tĩnh và một công nghệ UPS động khác - UPS quay, là sự kết hợp giữa một máy điện tạo ra điện áp hình sin có hình dạng tự nhiên và công suất điện tử. Các UPS quay như vậy có kết nối điện với các thiết bị lưu trữ năng lượng, có thể là pin hoặc bánh đà.
Những tiến bộ hiện đại trong công nghệ điều khiển, độ tin cậy, hiệu quả và mật độ nguồn cũng như chi phí đơn vị nguồn điện của UPS thấp hơn là những yếu tố không phải chỉ có ở UPS tĩnh. Dòng Piller UB-V mới được giới thiệu gần đây là một sự thay thế xứng đáng.
Chúng ta hãy xem xét kỹ hơn một số tiêu chí chính để đánh giá và lựa chọn hệ thống UPS cho một trung tâm dữ liệu lớn hiện đại trong bối cảnh công nghệ nào có vẻ thích hợp hơn.
1. Chi phí vốn
Đúng là UPS tĩnh có thể đưa ra mức giá trên mỗi kW thấp hơn cho các hệ thống UPS nhỏ hơn, nhưng lợi thế đó nhanh chóng biến mất khi nói đến các hệ thống điện lớn hơn. Khái niệm mô-đun mà các nhà sản xuất UPS tĩnh chắc chắn buộc phải áp dụng xoay quanh kết nối song song của một số lượng lớn UPS có công suất định mức nhỏ, chẳng hạn như công suất 1 kW như trong ví dụ bên dưới. Cách tiếp cận này cho phép bạn đạt được giá trị cần thiết của công suất đầu ra hệ thống nhất định, nhưng do tính phức tạp của nhiều phần tử trùng lặp, nó làm mất đi 250-20% lợi thế về chi phí so với chi phí của giải pháp dựa trên UPS quay. Hơn nữa, ngay cả việc kết nối song song các mô-đun này cũng có những hạn chế về số lượng thiết bị trong một hệ thống UPS, sau đó bản thân các hệ thống mô-đun song song này cũng phải song song, điều này càng làm tăng chi phí của giải pháp do có thêm các thiết bị phân phối và cáp.
Bàn 1. Ví dụ về giải pháp cho phụ tải CNTT 48 MW. Kích thước lớn hơn của khối monoblock UB-V giúp tiết kiệm thời gian và tiền bạc.
2. Độ tin cậy
Trong những năm gần đây, các trung tâm dữ liệu ngày càng trở thành doanh nghiệp hàng hóa, trong khi độ tin cậy ngày càng được coi trọng. Về vấn đề này, ngày càng có nhiều lo ngại rằng điều này sẽ dẫn đến các vấn đề trong tương lai. Khi các nhà khai thác cố gắng đạt được khả năng chịu lỗi tối đa (số "9") và người ta cho rằng những thiếu sót của công nghệ UPS tĩnh được khắc phục tốt nhất bằng thời gian sửa chữa thấp (MTTR) do khả năng hoán đổi nhanh và nóng các mô-đun UPS. Nhưng lập luận này có thể tự thất bại. Càng có nhiều mô-đun tham gia thì khả năng xảy ra lỗi càng cao và quan trọng hơn là nguy cơ lỗi đó sẽ dẫn đến mất tải trong toàn bộ hệ thống càng cao. Tốt hơn là không có sự cố nào cả.
Hình 1 minh họa sự phụ thuộc của số lần hỏng hóc thiết bị vào giá trị thời gian giữa các lần hỏng hóc (MTBF) trong quá trình hoạt động bình thường. XNUMX và các phép tính tương ứng.
Cơm. 1. Sự phụ thuộc của số lần hỏng hóc thiết bị vào chỉ báo MTBF.
Xác suất hư hỏng thiết bị Q(t) trong quá trình hoạt động bình thường, tại phần (II) của đồ thị đường cong hư hỏng thông thường, được mô tả khá rõ ràng bằng định luật phân bố hàm mũ của các biến ngẫu nhiên Q(t) = e-(λx t), trong đó λ = 1/MTBF – hư hỏng cường độ, và t là thời gian hoạt động tính bằng giờ. Theo đó, sau thời gian t sẽ có N(t) cài đặt ở trạng thái không gặp sự cố tính từ số lượng cài đặt ban đầu N(0): N(t) = Q(t)*N(0).
MTBF trung bình của UPS tĩnh là 200.000 giờ và MTBF của UPS quay dòng UB-V Piller là 1.300.000 giờ. Tính toán cho thấy, trong 10 năm hoạt động, 36% UPS tĩnh sẽ gặp sự cố và chỉ có 7% UPS quay. Có tính đến số lượng thiết bị UPS khác nhau (Bảng 1), điều này có nghĩa là 86 lỗi trong số 240 mô-đun UPS tĩnh và 2 lỗi trong số 20 mô-đun UPS quay Piller, trên cùng một trung tâm dữ liệu với tải CNTT hữu ích là 48 MW trên 10 năm hoạt động.
Kinh nghiệm vận hành UPS tĩnh tại các trung tâm dữ liệu ở Nga và trên thế giới khẳng định độ tin cậy của các tính toán trên, dựa trên số liệu thống kê về lỗi và sửa chữa có sẵn từ các nguồn mở.
Tất cả các UPS quay Piller và đặc biệt là dòng UB-V đều sử dụng máy điện để tạo ra sóng hình sin thuần túy và không sử dụng tụ điện và bóng bán dẫn IGBT, những nguyên nhân thường gây ra lỗi ở tất cả các UPS tĩnh. Hơn nữa, UPS tĩnh là một phần phức tạp của hệ thống cung cấp điện. Sự phức tạp làm giảm độ tin cậy. UPS quay UB-V có ít bộ phận hơn và thiết kế hệ thống mạnh mẽ hơn (động cơ-máy phát điện), giúp tăng độ tin cậy.
3. Sử dụng năng lượng hiệu quả
Các UPS tĩnh hiện đại có hiệu suất năng lượng trực tuyến (hoặc chế độ "bình thường") tốt hơn nhiều so với các phiên bản trước. Điển hình có giá trị hiệu suất cao nhất là 96,3%. Các số liệu cao hơn thường được trích dẫn, nhưng điều này chỉ có thể đạt được khi UPS tĩnh hoạt động bằng cách chuyển đổi giữa chế độ trực tuyến và chế độ thay thế (ví dụ: chế độ ECO). Tuy nhiên, khi sử dụng chế độ tiết kiệm năng lượng thay thế, tải sẽ hoạt động từ mạng bên ngoài mà không có bất kỳ sự bảo vệ nào. Vì lý do này, trong thực tế, trong hầu hết các trường hợp, trung tâm dữ liệu chỉ sử dụng chế độ trực tuyến.
Dòng UPS quay Piller UB-V không thay đổi trạng thái trong quá trình hoạt động bình thường, đồng thời mang lại hiệu suất trực tuyến lên tới 98% ở mức tải 100% và hiệu suất 97% ở mức tải 50%.
Sự khác biệt về hiệu quả sử dụng năng lượng này cho phép bạn tiết kiệm đáng kể lượng điện trong quá trình vận hành (Bảng 2).
Bàn 2. Tiết kiệm chi phí năng lượng tại trung tâm dữ liệu với tải CNTT 48 MW.
4. Không gian bị chiếm dụng
Các UPS tĩnh đa năng đã trở nên nhỏ gọn hơn đáng kể nhờ việc chuyển đổi sang công nghệ IGBT và loại bỏ máy biến áp. Tuy nhiên, ngay cả khi tính đến trường hợp này, các UPS quay dòng UB-V vẫn mang lại mức tăng từ 20% trở lên về không gian chiếm dụng trên một đơn vị điện năng. Việc tiết kiệm không gian có được có thể được sử dụng để vừa tăng sức mạnh của trung tâm năng lượng, vừa tăng không gian hữu ích “màu trắng” của tòa nhà để chứa các máy chủ bổ sung.
Cơm. 2. Không gian được sử dụng bởi UPS 2 MW thuộc các công nghệ khác nhau. Cài đặt thực tế để mở rộng quy mô.
5. Tính khả dụng
Một trong những chỉ số chính của một trung tâm dữ liệu được thiết kế, xây dựng và vận hành tốt là hệ số phục hồi cao. Mặc dù 100% thời gian hoạt động luôn là mục tiêu nhưng các báo cáo chỉ ra rằng hơn 30% trung tâm dữ liệu trên thế giới gặp phải ít nhất một lần ngừng hoạt động ngoài kế hoạch mỗi năm. Nhiều trong số đó là do lỗi của con người, nhưng cơ sở hạ tầng năng lượng cũng đóng một vai trò quan trọng. Dòng UB-V sử dụng công nghệ UPS quay Piller đã được chứng minh trong thiết kế đơn khối, độ tin cậy của công nghệ này cao hơn đáng kể so với tất cả các công nghệ khác. Hơn nữa, bản thân các UPS UB-V trong các trung tâm dữ liệu có môi trường được kiểm soát hợp lý không yêu cầu ngừng hoạt động hàng năm để bảo trì.
6. Tính linh hoạt
Thông thường, hệ thống CNTT của trung tâm dữ liệu được cập nhật và hiện đại hóa trong vòng 3-5 năm. Do đó, cơ sở hạ tầng điện và làm mát phải đủ linh hoạt để đáp ứng điều này và đủ khả năng thích ứng với tương lai. Cả UPS tĩnh thông thường và UPS UB-V đều có thể được cấu hình theo nhiều cách khác nhau.
Tuy nhiên, phạm vi của các giải pháp dựa trên giải pháp sau rộng hơn và nói chung, vì điều này nằm ngoài phạm vi của bài viết này nên có thể triển khai các hệ thống cung cấp điện liên tục ở điện áp trung thế 6-30 kV, để hoạt động trên các mạng có nguồn thế hệ thay thế và tái tạo, để xây dựng các hệ thống có độ tin cậy cao, tiết kiệm chi phí với bus song song biệt lập (IP Bus), tương ứng với cấp độ UI Cấp IV trong cấu hình N+1.
Để kết luận, có thể rút ra một số kết luận. Càng phát triển các trung tâm dữ liệu, nhiệm vụ tối ưu hóa chúng càng trở nên phức tạp hơn, khi cần phải đồng thời kiểm soát các chỉ số kinh tế, các khía cạnh về độ tin cậy, danh tiếng và giảm thiểu tác động đến môi trường. UPS tĩnh đã, đang và sẽ được sử dụng trong tương lai tại các trung tâm dữ liệu. Tuy nhiên, cũng không thể phủ nhận rằng có những lựa chọn thay thế cho các phương pháp tiếp cận hiện có trong lĩnh vực hệ thống cung cấp điện có những lợi thế đáng kể so với “các phương pháp thống kê cũ tốt”.
Nguồn: www.habr.com