Vergleich moderner statischer und rotierender USV. Statische USVs haben ihr Limit erreicht?

Der Markt der IT-Branche ist der größte Verbraucher von unterbrechungsfreien Stromversorgungen (USV) und verwendet ungefähr 75% aller hergestellten USVs. Der jährliche weltweite Umsatz von USV-Geräten an alle Arten von Rechenzentren, einschließlich Unternehmens-, Handels- und Super-Large-Rechenzentren, beträgt 3 Milliarden US-Dollar. Gleichzeitig nähert sich der jährliche Umsatzanstieg von USV-Geräten in Rechenzentren 10% und es scheint, dass dies nicht die Grenze ist.

Rechenzentren werden immer größer und dies stellt die Energieversorgungsinfrastruktur vor neue Herausforderungen. Während es eine lange Debatte darüber gibt, wie statische USVs dynamischen überlegen sind und umgekehrt, stimmen die meisten Ingenieure darin überein, dass je höher die Leistung, desto mehr elektrische Maschinen für die Arbeit damit geeignet sind: nämlich Generatoren zur Erzeugung elektrischer Energie in Kraftwerken.

Alle dynamischen USVs verwenden Motorgeneratoren, haben jedoch unterschiedliche Konstruktionen und unterscheiden sich sicherlich in ihren Eigenschaften und Merkmalen. Eine dieser häufig verwendeten USVs ist eine Lösung mit einem mechanisch angeschlossenen Dieselmotor - einer Diesel-Rotations-USV (DRIBP). In der Welt des Rechenzentrumsbaus gibt es jedoch einen echten Wettbewerb zwischen statischen USVs und anderen dynamischen USV-Technologien - rotierenden USVs, bei denen es sich um eine Kombination aus einer elektrischen Maschine handelt, die eine sinusförmige Spannung mit natürlicher Form und Leistungselektronik erzeugt. Solche rotierenden USVs stehen in elektrischer Verbindung mit Energiespeichern, die entweder Batterien oder Schwungräder sein können.

Moderne Fortschritte in der Steuerungstechnik, Zuverlässigkeit, Effizienz und Leistungsdichte sowie die Reduzierung der Stückkosten der USV-Leistung sind Faktoren, die nicht nur statischen USVs eigen sind. Die kürzlich vorgestellte Piller UB-V-Serie ist eine würdige Alternative.

Als nächstes betrachten wir einige Schlüsselkriterien für die Bewertung und Auswahl eines USV-Systems für ein modernes großes Rechenzentrum, in dessen Kontext die Technologie vorzuziehen scheint.

1. Kapitalkosten

Zwar können statische USVs für kleinere USV-Systeme einen niedrigeren Preis pro 1 kW bieten, aber dieser Vorteil verschwindet schnell, wenn es um Hochleistungssysteme geht. Das modulare Konzept, das die Hersteller von statischen USVs zwangsläufig anwenden müssen, dreht sich um die Parallelschaltung einer großen Anzahl von USVs mit einer kleinen Nennleistung, beispielsweise 250 kW, wie im folgenden Beispiel. Dieser Ansatz ermöglicht es Ihnen, den gewünschten Wert der gegebenen Ausgangsleistung des Systems zu erreichen, verliert jedoch aufgrund der Komplexität vieler doppelter Elemente 20 bis 30% des Preisvorteils im Vergleich zu den Kosten einer Lösung, die auf rotierenden USVs basiert. Darüber hinaus hat selbst diese parallele Verbindung von Modulen Einschränkungen hinsichtlich der Anzahl von Blöcken in einem USV-System, wonach die parallelen modularen Systeme selbst parallel sein müssen.Dies erhöht die Kosten der Lösung aufgrund zusätzlicher Schaltanlagen und Kabel weiter.



. 1. 48. UB-V .

2.

In den letzten Jahren sind Rechenzentren zunehmend zu Standardunternehmen geworden, während Zuverlässigkeit zunehmend als selbstverständlich angesehen wird. In dieser Hinsicht nehmen die Befürchtungen zu, dass dies in Zukunft zu Problemen führen wird. Da die Bediener eine maximale Fehlertoleranz anstreben (die Anzahl „9“), wird davon ausgegangen, dass die Nachteile der statischen USV-Technologie aufgrund der kurzen Reparaturzeit (MTTR) aufgrund der Fähigkeit, einen schnellen und „heißen“ Austausch von USV-Modulen durchzuführen, am besten überwunden werden können. Dieses Argument kann jedoch selbstzerstörerisch sein. Je mehr Module beteiligt sind, desto höher ist die Ausfallwahrscheinlichkeit und vor allem das Risiko, dass ein solcher Ausfall zu einem Lastverlust im Gesamtsystem führt. Besser überhaupt keine Pannen zu haben.

Eine Darstellung der Abhängigkeit der Anzahl von Geräteausfällen vom Wert der MTBF während des normalen Betriebs ist in Abb. 1 dargestellt. 1 und entsprechende Berechnungen.



Feige. 1. Die Abhängigkeit der Anzahl der Geräteunfälle von der MTBF.

Die Ausfallwahrscheinlichkeit Q (t) der Ausrüstung während des normalen Betriebs in Abschnitt (II) des Diagramms der normalen Ausfallkurve wird durch das Exponentialverteilungsgesetz der Zufallsvariablen Q (t) = e- (λx t) ziemlich gut beschrieben, wobei λ = 1 / MTBF die Intensität ist Fehler, und t ist die Betriebszeit in Stunden. Dementsprechend gibt es nach der Zeit t im störungsfreien Zustand N (t) Einstellungen aus der Anfangszahl aller Einstellungen N (0): N (t) = Q (t) * N (0).

Die durchschnittliche MTBF von statischen USVs beträgt 200.000 Stunden, und die MTBF von rotierenden USVs der UB-V Piller-Serie beträgt 1.300.000 Stunden. Die Berechnung zeigt, dass über 10 Betriebsjahre 36% der statischen USVs einen Unfall haben und nur 7% der rotierenden USVs. Angesichts der unterschiedlichen Anzahl von USV-Geräten (Tabelle 1) bedeutet dies 86 Ausfälle von 240 statischen USV-Modulen und 2 Ausfälle von 20 Piller-Rotations-USVs im selben Rechenzentrum mit einer nützlichen IT-Last von 48 MW über 10 Betriebsjahre.

Die Erfahrung mit dem Betrieb statischer USVs in Rechenzentren in Russland und weltweit bestätigt die Zuverlässigkeit der Berechnungen auf der Grundlage der Statistiken über Ausfälle und Reparaturen, die aus offenen Quellen verfügbar sind.

Alle Piller-Dreh-USVs und insbesondere die UB-V-Serie verwenden eine elektrische Maschine zur Erzeugung einer reinen Sinuswelle und verwenden keine Leistungskondensatoren und IGBT-Transistoren, die sehr häufig bei allen statischen USVs zum Ausfall führen. Darüber hinaus ist eine statische USV ein komplexer Bestandteil des Stromversorgungssystems. Komplexität reduziert die Zuverlässigkeit. UB-V-Dreh-USVs haben weniger Komponenten und ein robusteres Systemdesign (Motorgenerator), was die Zuverlässigkeit erhöht.

3. Energieeffizienz

Moderne statische USVs haben online (oder im „normalen“ Modus) eine viel bessere Energieeffizienz als ihre Vorgänger. Typischerweise mit Spitzenwirkungsgraden von 96,3%. Oft werden höhere Nummern angegeben, dies ist jedoch nur möglich, wenn die statische USV in Betrieb ist und zwischen Online- und alternativen Modi (z. B. ECO-Modus) umgeschaltet wird. Bei Verwendung des alternativen Energiesparmodus arbeitet die Last jedoch ohne Schutz von einem externen Netzwerk aus. Aus diesem Grund wird in den meisten Rechenzentren in den meisten Fällen nur der Online-Modus verwendet.

Eine Reihe von rotierenden USV-Pillern UB-V ändert ihren Zustand während des normalen Betriebs nicht und gewährleistet gleichzeitig einen Online-Wirkungsgrad von bis zu 98% bei einer Last von 100% und 97% bei einer Last von 50%.

Dieser Unterschied in der Energieeffizienz ermöglicht es, während des Betriebs erhebliche Stromeinsparungen zu erzielen (Tabelle 2).



Tab. 2. Energiekosten im Rechenzentrum sparen 48 MW IT-Last.

4. Platz belegt

Statische Allzweck-USVs sind mit dem Übergang zur IGBT-Technologie und dem Ausschluss von Transformatoren wesentlich kompakter geworden. Selbst unter Berücksichtigung dieses Umstands ergibt die rotierende USV der UB-V-Serie einen Gewinn von 20% oder mehr in Bezug auf den belegten Raum pro Leistungseinheit. Die daraus resultierenden Platzersparnisse können sowohl zur Erhöhung der Kapazität des Power Centers als auch zur Erhöhung des „weißen“, nützlichen Raums des Gebäudes zur Aufnahme zusätzlicher Server verwendet werden.



Feige. 2. Der besetzte Platz der USV für 2 MW verschiedener Technologien. Real-Scale-Installationen.

5. Verfügbarkeit

Einer der Schlüsselindikatoren für ein gut konzipiertes, gebautes und betriebenes Rechenzentrum ist seine hohe Fehlertoleranz. Obwohl eine 100% ige Verfügbarkeit immer ein Ziel ist, weisen Berichte darauf hin, dass mehr als 30% der Rechenzentren weltweit mindestens einen ungeplanten Ausfall pro Jahr erleiden. Viele von ihnen werden durch menschliches Versagen verursacht, aber auch die Energieinfrastruktur spielt eine wichtige Rolle. Die UB-V-Serie verwendet seit Jahren die bewährte Technologie der Piller-Rotations-USV in einem Monoblock-Design, deren Zuverlässigkeit deutlich höher ist als bei allen anderen Technologien. Darüber hinaus ist für die UB-V-USV selbst in Rechenzentren mit einer ordnungsgemäß kontrollierten Umgebung keine jährliche Abschaltung erforderlich, um Wartungsarbeiten durchzuführen.

6. Flexibilität

Oft werden IT-Systeme von Rechenzentren innerhalb von 3-5 Jahren aktualisiert und modernisiert. Daher muss die Infrastruktur von Stromversorgungs- und Kühlsystemen universell genug sein, um dies zu erfüllen und eine ausreichende Zukunftsperspektive zu haben. Sowohl herkömmliche statische USVs als auch UB-V-USVs können auf verschiedene Arten konfiguriert werden.

Die Zusammensetzung der auf letzteren basierenden Lösungen ist jedoch breiter und ermöglicht es im Allgemeinen, unterbrechungsfreie Stromversorgungssysteme mit einer durchschnittlichen Spannung von 6 bis 30 kV zu implementieren, um an Netzen mit erneuerbaren und alternativen Erzeugungsquellen zu arbeiten und zu bauen, da dies den Rahmen dieses Artikels sprengt kostengünstige äußerst zuverlässige Systeme mit isoliertem Parallelbus (IP-Bus), entsprechend der Stufe der Tier IV-Benutzeroberfläche in der Konfiguration N + 1.

Abschließend können mehrere Schlussfolgerungen gezogen werden. Je mehr Rechenzentren sich entwickeln, desto schwieriger wird es, sie zu optimieren, wenn gleichzeitig Wirtschaftsindikatoren, Aspekte der Zuverlässigkeit, des Ansehens und die Minimierung der Umweltauswirkungen überwacht werden müssen. Statische USVs wurden und werden in Zukunft in Rechenzentren eingesetzt. Es ist jedoch unbestritten, dass es auf dem Gebiet der Stromversorgungssysteme Alternativen zu bestehenden Ansätzen gibt, die gegenüber der "guten alten Statik" erhebliche Vorteile haben.