كيفية بناء مركز بيانات من المستوى الرابع وفقًا لمخطط N + 1

أنظمة UPS مع ناقل متوازي معزول (IP-Bus) - رد المطورين على نمو قدرات مركز البيانات. لقد تم بالفعل بناء العديد من مراكز البيانات المزودة بـ IP-Bus في العالم ، بما في ذلك المراكز الحاصلة على شهادة Tier IV Uptime Institute. يراقب العملاء الروس هذه القرارات.

في ممارسة بناء مراكز البيانات ، هناك اتجاه ثابت نحو توسيعها. ظهرت أشياء في العالم بسعة 100 ميغاواط. كما أن روسيا لا تقف جانباً ، على الرغم من أنها تسير في هذا الاتجاه مع بعض التأخير. قبل 10 سنوات في بلدنا ، تم اعتبار مركز بيانات بسعة 5 ميجاوات كبيرًا ، وأعلن اليوم العديد من المشغلين الرائدين عن خطط لبناء مرافق لـ 2000 رف أو أكثر ، وهو ما يتوافق مع استهلاك الطاقة بـ 15 ميجاوات وما فوق.

لتنظيم الأنظمة الهندسية ذات الطاقة العالية ، كما أظهرت الممارسة العالمية ، فإن أكثر الوسائل ملاءمة من وجهة نظر اقتصادية هي دائرة ذات اتصال متوازي N + x (N + 1 ، N + 2 ...) للأجهزة. علاوة على ذلك ، فإن قدرة الوحدة لأكبر تركيبات UPS في العالم - ديناميكية ، والتي يمكن استخدامها في مثل هذه الحلول ، محدودة بالطاقة (والتكلفة) لأكبر محركات الديزل المستخدمة في العمل مع UPS.

ومع ذلك ، فإن الاتصال المتوازي المباشر لـ UPS ، الذي يوفر القدرة على إنشاء تكوينات N + x فعالة ، لديه عدد من العوائق الهامة:

• يمكن استخدام تركيبات الجهد المنخفض فقط في أنظمة تصل إلى 5 ميجاوات. ويرجع ذلك إلى القيود المفروضة على التصنيفات المتاحة لأجهزة حزمة الجهد المنخفض (6300 أمبير) ، وتيارات الدائرة القصيرة العالية ، والتي يمكن أن تتجاوز قيمها 150 كيلو أمبير.
• تعمل حلول الجهد المتوسط ​​، التي تجعل من الممكن بناء أنظمة أكثر من 5 ميجاوات ، على زيادة تكلفة نظام الطاقة ولا تناسب العملاء دائمًا من حيث التشغيل.
• المكونات المشتركة للنظام - حافلات الإدخال والإخراج ، الالتفافية - هي نقاط الفشل الشائعة.

يتيح مخطط N + N (2N) ، الذي يتوافق مع مستوى التسامح مع الخطأ في معهد Tier IV Uptime Institute ، من خلال بناء وحدات طاقة منفصلة ، الابتعاد عن العيوب الرئيسية للأنظمة المتوازية الكلاسيكية. لكن هذا النهج له عيوب واضحة أخرى:

• ازدواجية المعدات بنسبة 100٪ ، أي تكاليف رأسمالية عالية ؛
• بصمة كبيرة
• الحد الأقصى لمستوى الحمل - 50٪ (في الممارسة - لا يزيد عن 40٪) ؛
• تكاليف تشغيل عالية.

لهذه الأسباب ، نادرًا ما يتم استخدام تكوين N + N (2N) للمرافق التي تزيد سعتها عن 10 ميجاوات.

في عام 2005 ، تم العثور على حل ، مع الحفاظ على الميزة الرئيسية للدائرة المتوازية - العدد الأمثل لوحدات UPS في دائرة N + x - لوضع أنظمة عملية بسعة تصل إلى 20 ميجاوات ، بينما تبقى بجهد منخفض 0.4 كيلو فولت. يلبي هذا الحل ، الذي يطلق عليه تكوين IP-Bus ، أعلى مستوى من التسامح مع الخطأ (Tier IV Uptime Institute). تعتمد فكرة IP-Bus على استخدام ناقل حلقي لتوصيل وحدات UPS فردية ، يتم عزل كل منها باستخدام مفاعل (الشكل 1).


رسم بياني 1. عزل UPS المتوازي

في أنظمة IP-Bus ، تعمل كل UPS على خرج الحمل الخاص بها ويتم توصيلها في الوقت نفسه بناقل مشترك (IP-Bus) من خلال خانق العزل ، والذي يؤدي العديد من الوظائف الهامة:

• يسمح لك بإعادة توزيع الطاقة النشطة بين وحدات UPS - وحدة UPS ذات حمولة أقل "تساعد" الوحدات الأخرى عن طريق نقل الطاقة الزائدة من خلال ناقل IP (الشكل 2) ؛
• يوفر مصدر طاقة غير متقطع للحمل في حالة إيقاف تشغيل UPS لأعمال الصيانة أو في حالة وقوع حادث (الشكل 3 ، الشكل 4) ؛
• يبطئ تبادل التيارات التفاعلية بين تركيبات UPS ، بسبب معاوقة المفاعلات ، بحيث لا توجد حاجة للتحكم في الطاقة التفاعلية داخل النظام.

• (. 5).
  
  - IP-Bus, , N + (N + 1, N + 2…). — 70%, .

<img src = " " alt = "image" />
الشكل. 2. مثال لتوزيع الحمل في نظام يحتوي على 16 من تركيبات UPS على

عكس التكوين المتوازي "المباشر" ، في نظام IP-Bus ، يتحكم كل تثبيت UPS في جهد الخرج بشكل مستقل عن الآخرين - لا يوجد جهاز تحكم مركزي ويتم التخلص من نقطة الفشل الشائعة. على افتراض أن تدفق الطاقة من UPS يختفي فجأة لسبب ما ، يبقى حمله متصلاً بـ IP-Bus باستخدام خنق IP ، والذي يعمل الآن كمصدر طاقة احتياطي. في هذا السيناريو ، سيتلقى الحمل الطاقة تلقائيًا وبدون انقطاع من ناقل IP (انظر الشكل 3).


تين. 3. مثال على تكرار النظام في حالة فشل / إيقاف تشغيل نظام UPS واحد

في الممارسة العملية ، يتم عادة تصنيع IP-Bus على شكل حلقة ، كما هو موضح في الشكل. 4. يعمل الجزء الثاني من IP-Bus ، غالبًا ما يُسمى Bus-Bus ، كمصدر احتياطي للأحمال ، مما يسمح لك بتوصيلها مباشرة بـ IP-Bus من خلال مفاتيح منفصلة - نوع من الالتفافية ، والذي يضمن الجهد المقنن على الحمل حتى في حالات الطوارئ المواقف أو عند أداء عمل الخدمة. لا تعد هذه التجاوزات نقطة فشل شائعة ، لأنه في اللحظة الأولى من الوقت ، حتى يغلق التجاوز ، يستمر الحمل في تلقي طاقة غير متقطعة من IP-Bus عبر خنق IP كما هو مذكور أعلاه.


تين. 4 مثال على تشغيل الحمل رقم 2 مباشرة من ناقل IP الاحتياطي

يختلف سلوك نظام IP-Bus في ظل سيناريوهات الدوائر القصيرة اختلافًا كبيرًا عن العمليات في التكوين الموازي "المباشر". في دائرة IP-Bus ، فإن الدوائر القصيرة المحتملة بسبب استخدام ملفات الاختناق IP ليس لها سوى تأثير ضئيل على الأحمال. في هذه الحالة ، لا تتجاوز تيارات الدائرة القصيرة 100 كيلو أمبير ، مما يسمح باستخدام معدات التبديل القياسية والحماية ومعدات الحافلات.

في حالة وجود دائرة كهربائية قصيرة على جانب الحمل من UPS (انظر الشكل 5) ، فإن تأثير هذه الدائرة القصيرة على النظام بأكمله غير مهم نسبيًا نظرًا لحقيقة أن الأحمال المتبقية معزولة عن UPS بواسطة مفاعلين متصلين في سلسلة. من ناحية أخرى ، فإن تيار الدائرة القصيرة الذي يوفره UPS إلى ناقل IP شائع محدود بمقاومة الاختناق IP. لذلك ، فإن التغيرات في الجهد على الأحمال غير المتأثرة غير مهمة وتبقى في المنطقة الآمنة لمنحنى ITI (CBEMA).


تين. 5. مثال لتوزيع وقيم تيارات الدائرة القصيرة في نظام IP-Bus مع دائرة قصر على ناقل طاقة الحمل متصل بـ UPS 2

في حالة وجود دائرة كهربائية قصيرة على ناقل IP ، يوجد مفاعل IP واحد فقط بين نقطة الخطأ و UPS أو الحمل. لذلك ، سيكون انخفاض الجهد عبر الأحمال في هذا السيناريو أكبر بكثير مقارنة بالدائرة القصيرة في نظام توزيع الحمل. مع مقاومة انتقال منخفضة ، سيكون انخفاض الجهد الأولي عبر الحمل 30 ٪. بالنسبة إلى مصادر طاقة الخادم الحساسة ، وفقًا لمنحنى ITI (CBEMA) ، فإن انخفاض الجهد هذا مقبول بحد أقصى 500 مللي ثانية. يتيح لك استخدام الحماية الاتجاهية المجزأة ، التي تم تكييفها خصيصًا لمتطلبات نظام IP-Bus ، تنظيف الدائرة القصيرة على IP-Bus لمدة 60 مللي ثانية عن طريق عزل الدائرة القصيرة بشكل انتقائي وفي نفس الوقت يسمح للجزء من نظام IP-Bus الذي لا يتأثر بشكل مباشر بالبقاء تمامًا عملي.

يتكون نظام ناقل IP من عدة تركيبات UPS ، والتي يتم تحديد عددها من خلال مستوى التكرار المحدد N + x ويتضمن المكونات الرئيسية التالية: UPS مع جهاز تخزين الطاقة ، وخنق IP لتوصيل تثبيت UPS بناقل IP ، والمفاتيح اللازمة للتشغيل الآمن للنظام.

في التين. يوضح الشكل 6 تجسيدًا واحدًا لنظام ناقل IP يعتمد على UPS دوار.

عناصر النظام:

1. شبكة خارجية
2. IP-Bus
3. IP-Return-Bus
4. الروتاري DIBP بعجلة يدوية
5. DGU لمقاطعة طويلة للشبكة (اختياري)
6. خنق IP
7. مفتاح تجاوز
8. IP -التبديل
9. تحميل




تين. 6. مثال على نظام IP-Bus باستخدام UPS Piller UNIBLOCK الدوار و DGU الخارجي مع تشغيل "أقل"

وفقًا للخبرة العملية لـ Piller ، تعتبر UPSs الديناميكية مع الحذافات (الشكل 6) كأجهزة تخزين طاقة احتياطية مثالية لأنظمة IP Bus منذ يمكن أن تعمل المحركات الحركية كجزء من DIBP في وضع امتصاص الطاقة اللحظي والتفريغ الفوري ، وهو أمر مهم لتثبيت معلمات التشغيل لنظام IP-Bus عندما يتغير الحمل.

بالإضافة إلى ذلك ، تتمتع مولدات المحركات في DIBP بالقدرة على توفير تيارات دائرة قصر عالية تصل إلى 20 × Inom ، مما يسمح لأنظمة IP-Bus بالتعامل مع تنظيف دائرة القصر لفترة طويلة جدًا دون تعريض الأحمال المجاورة للتأثيرات السلبية لدائرة قصر.
تتمتع وحدات UPS الثابتة ذات البطاريات بقدرة محدودة على إرسال واستقبال تيارات عالية على الفور ، بالإضافة إلى ذلك ، فإن تيارات دائرة قصر التيار من UPS نفسها منخفضة نسبيًا. لهذه الأسباب ، تعد حلول IP-Bus على أجهزة UPS ثابتة تجربة أكثر من غيرها ، وهي غير موجودة عمليًا في مراكز البيانات الحالية.

تم تنفيذ أول نظام IP-Bus في العالم في عام 2007 لمركز بيانات بقدرة 36 ​​ميجاوات في Ashburn (فرجينيا ، الولايات المتحدة الأمريكية). تم تركيب نظامي IP-Bus منفصلين في المرفق ، كل منهما يحتوي على 16 وحدة طاقة UNIBLOCK UBT 1670 كيلو فولت أمبير UPS مع حذافات في تكوين 14 + 2. في حالة انقطاع الخدمة على المدى الطويل للشبكة الخارجية ، يتم حجز كل DIBP بواسطة مولد ديزل منفصل بقدرة 2810 كيلو فولت أمبير مع "تشغيل أقل" ، والذي يعمل على أحمال إمدادات الطاقة غير المنقطعة والمضمونة
بعد نجاح أول نظام IP-Bus ، اكتسب هذا التكوين بسرعة شعبية في صناعة مراكز البيانات. ومن المعالم البارزة الأخرى في تطوير تقنية IP-Bus والاعتراف بها استلام شهادة معهد Tier IV للتصميم والمرافق في وقت التشغيل في سبتمبر 2017 من قبل مركز بيانات NEXTDC B2 الأسترالي بنظام IP-Bus N + 1.

يدخل سوق مركز البيانات الروسي مرحلة إنشاء مرافق كبيرة فقط بسعة تزيد عن 10 ميجاوات. استنادًا إلى نتائج الحسابات المفاهيمية الأولى وتقييمات ميزانية حلول IP-Bus في العديد من مشروعات مراكز البيانات في روسيا (في نطاق سعات تتراوح من 5 إلى 15 ميجاوات) ، يمكن استخلاص الاستنتاجات التالية. مقارنة بتكوين 2N على أجهزة UPS الثابتة ، فإن حلول IP-Bus القائمة على DIBP ليست أكثر تكلفة في التكاليف الرأسمالية الأولية ، فهي تعطي مكاسب بنسبة 30-60٪ في المساحة المشغولة ، وأكثر ربحًا بنسبة 50٪ من حيث تكلفة الملكية (TCO) لمدة 10 سنوات. بالمقارنة مع التكوين الزائد الموزع N + 1 (DR 3/2 ، 4/3) ، الذي تم تنفيذه على كل من وحدات UPS الثابتة والديناميكية ، فإن حلول IP-Bus المستندة إلى DIBPs ليست أكثر تكلفة في التكاليف الرأسمالية الأولية (لمراكز البيانات بسعة 10 ميغاواط أو أكثر) ، تعطي مكاسب 20-50٪ في المنطقة المحتلة ، 50٪ أكثر ربحية من حيث التكلفة الإجمالية للملكية لمدة 10 سنوات.

وبالتالي ، أنا متأكد من أن تنفيذ أنظمة IP-Bus في مراكز البيانات الروسية ليست سوى مسألة وقت.