IT 行业市场是不间断电源 (UPS) 的最大消费者，约占所有 UPS 制造量的 75%。 全球各类数据中心（包括企业、商业和超大型）的 UPS 设备年销售额为 3 亿美元。 与此同时，数据中心UPS设备销量的年增幅接近10%，而且似乎这还不是极限。
数据中心变得越来越大，这反过来又给能源基础设施带来了新的挑战。 虽然关于静态 UPS 为何优于动态 UPS 以及相反的问题存在长期争论，但大多数工程师都会同意的一件事是，功率越高，就越适合处理它：发电机。发电厂的电能。
所有动态 UPS 都使用电动发电机，但它们具有不同的设计，并且肯定具有不同的功能和特性。 这些相当常见的 UPS 之一是采用机械连接柴油发动机的解决方案 - 柴油旋转式 UPS (DRIBP)。 然而，在世界数据中心建设实践中，真正的竞争是静态UPS与另一种动态UPS技术——旋转式UPS之间的竞争，旋转式UPS是产生自然波形正弦电压的电机与电力电子设备的组合。 此类旋转式 UPS 与能量存储设备有电气连接，能量存储设备可以是电池或飞轮。
现代控制技术、可靠性、效率和功率密度方面的进步，以及 UPS 电源单位成本的降低，并不是静态 UPS 独有的因素。 最近推出的 Piller UB-V 系列是一个值得选择的选择。
让我们进一步了解为现代大型数据中心评估和选择 UPS 系统的一些关键标准，看看哪种技术更可取。
1、资金成本
诚然，静态 UPS 可以为较小的 UPS 系统提供较低的每千瓦价格，但当涉及较大的电力系统时，这种优势很快就会消失。 静态UPS制造商不可避免地被迫采用模块化概念，围绕大量小额定功率的UPS并联，例如下例中的1kW尺寸。 这种方法允许您实现给定系统输出功率所需的值，但由于许多重复元件的复杂性，与基于旋转式 UPS 的解决方案的成本相比，它失去了 250-20% 的成本优势。 而且，即使是这种模块并联连接也对一个UPS系统中的单元数量有限制，之后并联模块化系统本身必须并联，由于额外的配电装置和电缆，这进一步增加了解决方案的成本。
桌子1. 48 MW IT 负载的解决方案示例。 UB-V 整体块尺寸较大，可以节省时间和金钱。
2. 可靠性
近年来，数据中心已日益商品化，而可靠性也越来越被视为理所当然。 对此，人们越来越担心这会导致未来出现问题。 由于运营商力求最大的容错能力（数字“9”），并且由于能够快速热插拔 UPS 模块，因此假定可以通过低修复时间 (MTTR) 来最好地克服静态 UPS 技术的缺点。 但这种论点可能会弄巧成拙。 涉及的模块越多，发生故障的可能性就越大，更重要的是，此类故障导致整个系统负载损失的风险就越高。 最好完全没有崩溃。
图 1 展示了正常运行期间设备故障次数与故障间隔时间 (MTBF) 值的关系。 XNUMX 及相应的计算。
米。 1. 设备故障次数对 MTBF 指标的依赖性。
正常故障曲线图第（二）部分中，正常运行期间设备发生故障的概率 Q(t) 可以通过随机变量 Q(t) = e-(λx t) 的指数分布规律很好地描述，其中λ = 1/MTBF – 强度故障，t 是以小时为单位的运行时间。 因此，在时间t之后，从所有安装的初始数量N(0)开始，将有N(t)个处于无故障状态的安装：N(t)=Q(t)*N(0)。
静态UPS的平均MTBF为200.000万小时，UB-V Piller系列旋转式UPS的平均MTBF为1.300.000万小时。 计算表明，运行10年以上，静态UPS有36%会发生事故，而旋转式UPS只有7%会发生事故。 考虑到不同数量的 UPS 设备（表 1），这意味着同一数据中心的 86 个静态 UPS 模块中有 240 个故障，2 个 Piller 旋转 UPS 模块中有 20 个故障，在 48 个月内，有用 IT 负载为 10 MW。年的经营。
根据开源提供的故障和维修统计数据，俄罗斯和世界各地数据中心的静态 UPS 运行经验证实了上述计算的可靠性。
所有 Piller 旋转式 UPS，特别是 UB-V 系列，都使用电机产生纯正弦波，而不使用电力电容器和 IGBT 晶体管，而这些是所有静态 UPS 故障的常见原因。 此外，静态UPS是供电系统的复杂部分。 复杂性降低了可靠性。 UB-V 旋转式 UPS 具有更少的组件和更稳健的系统设计（电动发电机），从而提高了可靠性。
3. 能源效率
现代静态 UPS 比其前身具有更好的在线（或“正常”模式）能源效率。 通常峰值效率值为 96,3%。 通常会引用更高的数字，但这只有当静态 UPS 通过在在线模式和替代模式（例如 ECO 模式）之间切换运行时才能实现。 然而，当使用替代节能模式时，负载从外部网络运行，没有任何保护。 因此，在实践中，大多数情况下数据中心仅采用在线模式。
Piller UB-V 系列旋转式 UPS 在正常运行期间不会改变状态，同时在 98% 负载水平下提供高达 100% 的在线效率，在 97% 负载水平下提供高达 50% 的效率。
这种能源效率的差异使您可以在运行期间显着节省电力（表 2）。
桌子2. 节省 IT 负载为 48 MW 的数据中心的能源成本。
4. 占用空间
随着向 IGBT 技术的过渡和变压器的取消，通用静态 UPS 变得更加紧凑。 然而，即使考虑到这种情况，UB-V 系列旋转式 UPS 在每单位功率占用的空间方面也能提供 20% 或更多的增益。 由此节省的空间既可用于增加能源中心的功率，又可增加建筑物的“白色”有用空间以容纳更多服务器。
米。 2、不同技术的2MW UPS所占用的空间。 真实安装规模。
5. 可用性
精心设计、建造和运营的数据中心的关键指标之一是其高弹性因素。 虽然 100% 正常运行时间始终是一个目标，但报告表明，全球超过 30% 的数据中心每年至少经历一次意外停机。 其中许多是人为错误造成的，但能源基础设施也发挥着重要作用。 UB-V 系列采用成熟的 Piller 旋转式 UPS 技术进行整体设计，其可靠性明显高于所有其他技术。 此外，UB-V UPS 本身位于具有适当控制环境的数据中心内，不需要每年停机进行维护。
6. 灵活性
通常，数据中心 IT 系统会在 3-5 年内进行更新和现代化。 因此，电力和冷却基础设施必须足够灵活以适应这一点，并且足够面向未来。 传统静态 UPS 和 UB-V UPS 都可以通过多种方式进行配置。
然而，基于后者的解决方案范围更广，而且一般来说，由于这超出了本文的范围，因此可以在 6-30 kV 的中压电压下实现不间断供电系统，以在具有可再生和替代发电资源的网络上工作，构建具有隔离并行总线（IP 总线）的经济高效、高度可靠的系统，对应于 N+1 配置中的 Tier IV UI 级别。
作为结论，可以得出几个结论。 数据中心发展得越多，优化它们的任务就变得越复杂，需要同时控制经济指标、可靠性、声誉和尽量减少环境影响等方面。 静态 UPS 已经并将在未来用于数据中心。 然而，不可否认的是，在供电系统领域，存在现有方法的替代方案，这些方法比“好的旧静态方法”具有显着的优势。
来源： habr.com