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Comparación de modernos UPS estáticos y rotativos. ¿Los UPS estáticos han alcanzado su límite?

El mercado de la industria de TI es el mayor consumidor de fuentes de alimentación ininterrumpida (UPS), y utiliza aproximadamente el 75% de todos los UPS fabricados. Las ventas globales anuales de equipos UPS a todo tipo de centros de datos, incluidos corporativos, comerciales y súper grandes, son de $ 3 mil millones. Al mismo tiempo, el aumento anual en las ventas de equipos UPS en centros de datos se acerca al 10% y parece que este no es el límite.

Los centros de datos son cada vez más grandes y esto, a su vez, crea nuevos desafíos para la infraestructura de suministro de energía. Si bien existe un largo debate sobre cómo los UPS estáticos son superiores a los dinámicos y viceversa, hay algo con lo que la mayoría de los ingenieros están de acuerdo es que cuanto mayor es la potencia, más máquinas eléctricas son adecuadas para trabajar con él: a saber, generadores Se utiliza para generar energía eléctrica en plantas de energía.

Todos los UPS dinámicos utilizan generadores de motor, sin embargo, tienen diseños diferentes y, ciertamente, difieren en propiedades y características. Uno de estos UPS bastante comunes es una solución con un motor diesel conectado mecánicamente: un UPS diesel rotativo (DRIBP). Sin embargo, en el mundo de la construcción de centros de datos, existe una competencia real entre los UPS estáticos y otras tecnologías de UPS dinámicas: los UPS rotativos, que son una combinación de una máquina eléctrica que genera un voltaje sinusoidal de forma natural y electrónica de potencia. Tales UPS rotativos están en comunicación eléctrica con dispositivos de almacenamiento de energía, que pueden ser baterías o volantes.

Los avances modernos en tecnología de control, confiabilidad, eficiencia y densidad de energía, así como la reducción del costo unitario de la energía del UPS, son factores inherentes no solo para los UPS estáticos. La serie Piller UB-V recientemente presentada es una alternativa digna.

A continuación, consideramos algunos criterios clave para evaluar y elegir un sistema UPS para un gran centro de datos moderno en el contexto de la cual la tecnología parece más preferible.

1. Costos de capital


Es cierto que los UPS estáticos pueden ofrecer un precio más bajo por 1 kW para sistemas UPS más pequeños, pero esta ventaja se evapora rápidamente cuando se trata de sistemas de alta potencia. El concepto modular, que los fabricantes de UPS estáticos se ven inevitablemente obligados a aplicar, gira en torno a la conexión en paralelo de una gran cantidad de UPS con una pequeña potencia nominal, por ejemplo, 250 kW de tamaño como en el ejemplo a continuación. Este enfoque le permite alcanzar el valor deseado de la potencia de salida dada del sistema, pero debido a la complejidad de muchos elementos duplicados, pierde un 20-30% de la ventaja de precio en comparación con el costo de una solución basada en UPS rotativos. Además, incluso esta conexión paralela de módulos tiene limitaciones en el número de bloques en un sistema UPS, después de lo cual los sistemas modulares paralelos deben ser paralelos,lo que aumenta aún más el costo de la solución debido a interruptores y cables adicionales.

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. 1. 48. UB-V .

2.


En los últimos años, los centros de datos se han convertido en empresas cada vez más comercializadas, mientras que la fiabilidad se da cada vez más por sentado. En este sentido, aumentan los temores de que esto conducirá a problemas en el futuro. A medida que los operadores se esfuerzan por lograr la máxima tolerancia a fallas (el número de "9") y se supone que las desventajas de la tecnología UPS estática se superan mejor debido al corto tiempo de reparación (MTTR) debido a la capacidad de realizar un reemplazo rápido y "en caliente" de los módulos UPS. Pero este argumento puede ser autodestructivo. Cuantos más módulos estén involucrados, mayor será la probabilidad de falla y, lo que es más importante, mayor será el riesgo de que dicha falla conduzca a la pérdida de carga en el sistema general. Mejor no tener fallas en absoluto.

En la Fig. 2 se muestra una ilustración de la dependencia del número de fallas del equipo en el valor del MTBF durante la operación normal. 1 y cálculos correspondientes.

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Higo. 1. La dependencia del número de accidentes de equipo en el MTBF.

La probabilidad de falla Q (t) del equipo durante la operación normal, en la sección (II) del gráfico de la curva de falla normal, está bastante bien descrita por la ley de distribución exponencial de variables aleatorias Q (t) = e- (λx t), donde λ = 1 / MTBF es la intensidad fallas, y t es el tiempo de operación en horas. En consecuencia, después del tiempo t, en el estado sin problemas habrá N (t) configuraciones del número inicial de todas las configuraciones N (0): N (t) = Q (t) * N (0).

El MTBF promedio de los UPS estáticos es de 200,000 horas, y el MTBF de los UPS rotativos de la serie UB-V Piller es de 1,300,000 horas. El cálculo muestra que durante 10 años de funcionamiento, el 36% de los UPS estáticos sufrirá un accidente y solo el 7% de los UPS rotativos. Dadas las diferentes cantidades de equipos UPS (Tabla 1), esto significa 86 fallas de 240 módulos UPS estáticos y 2 fallas de 20 UPS rotatorios Piller, en el mismo centro de datos con una carga útil de TI de 48 MW durante 10 años de operación.

La experiencia de operar UPS estáticos en centros de datos en Rusia y en el mundo confirma la confiabilidad de los cálculos basados ​​en las estadísticas de fallas y reparaciones disponibles de fuentes abiertas.

Todos los UPS rotatorios Piller, y en particular la serie UB-V, usan una máquina eléctrica para generar una onda sinusoidal pura y no usan condensadores de potencia y transistores IGBT, que a menudo causan fallas en todos los UPS estáticos. Además, un UPS estático es una parte compleja del sistema de suministro de energía. La complejidad reduce la fiabilidad. Los UPS rotativos UB-V tienen menos componentes y un diseño de sistema más robusto (motor-generador), lo que aumenta la confiabilidad.

3. Eficiencia energética


Los UPS estáticos modernos tienen una eficiencia energética mucho mejor en línea (o modo "normal") que sus predecesores. Típicamente, con eficiencias máximas de 96.3%. A menudo se dan números más altos, pero esto se puede lograr solo cuando el UPS estático funciona al cambiar entre los modos en línea y alternativos (por ejemplo, el modo ECO). Sin embargo, cuando se utiliza el modo alternativo de ahorro de energía, la carga funciona desde una red externa sin ninguna protección. Por este motivo, en la mayoría de los centros de datos, en la mayoría de los casos, solo se utiliza el modo en línea.

Una serie de UPS Piller UB-V rotativo no cambia de estado durante el funcionamiento normal, al tiempo que garantiza una eficiencia de hasta el 98% en línea para un nivel de carga del 100% y al 97% con una carga del 50%.

Esta diferencia en la eficiencia energética permite obtener ahorros significativos en electricidad durante la operación (Tabla 2).

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Lengüeta. 2. Ahorro de costos de energía en el centro de datos de 48 MW de carga de TI.

4. Espacio ocupado


Los UPS estáticos de uso general se han vuelto significativamente más compactos con la transición a la tecnología IGBT y la exclusión de los transformadores. Sin embargo, incluso teniendo en cuenta esta circunstancia, el UPS giratorio de la serie UB-V ofrece una ganancia del 20% o más en términos del espacio ocupado por unidad de potencia. El ahorro de espacio resultante se puede utilizar tanto para aumentar la capacidad del centro de energía como para aumentar el espacio "blanco" y útil del edificio para alojar servidores adicionales.

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Higo. 2. El lugar ocupado del UPS para 2 MW de diferentes tecnologías. Instalaciones a escala real.

5. Disponibilidad


Uno de los indicadores clave de un centro de datos bien diseñado, construido y operado es su alta tolerancia a fallas. Aunque el 100% de tiempo de actividad es siempre un objetivo, los informes indican que más del 30% de los centros de datos en el mundo experimentan al menos una interrupción no planificada por año. Muchos de ellos son causados ​​por errores humanos, pero la infraestructura energética también juega un papel importante. La serie UB-V utiliza la tecnología comprobada del UPS rotativo Piller en un diseño monobloque durante años, cuya confiabilidad es significativamente mayor que todas las demás tecnologías. Además, para el UPS UB-V en centros de datos con un entorno controlado adecuadamente, no se requiere su apagado anual para realizar el mantenimiento.

6. Flexibilidad


A menudo, los sistemas informáticos de los centros de datos se actualizan y modernizan en un plazo de 3 a 5 años. Por lo tanto, la infraestructura de los sistemas de suministro de energía y refrigeración debe ser lo suficientemente universal como para cumplir con esto y tener una perspectiva de futuro suficiente. Tanto el UPS estático convencional como el UPS UB-V se pueden configurar de varias maneras.

Sin embargo, la composición de las soluciones basadas en este último es más amplia y, en términos generales, dado que esto está más allá del alcance de este artículo, permite implementar sistemas de suministro de energía ininterrumpible a un voltaje promedio de 6-30 kV, para trabajar en redes con fuentes de generación renovables y alternativas, para construir Sistemas ultra confiables y rentables con bus paralelo aislado (bus IP), correspondiente al nivel de la interfaz de usuario de nivel IV en la configuración N + 1.

Como conclusión, se pueden hacer varias conclusiones. Mientras más centros de datos se desarrollen, más difícil será optimizarlos cuando sea necesario monitorear simultáneamente los indicadores económicos, aspectos de confiabilidad, reputación y minimizar el impacto ambiental. Los UPS estáticos se han utilizado y se utilizarán en el futuro en centros de datos. Sin embargo, es indiscutible que existen alternativas a los enfoques existentes en el campo de los sistemas de suministro de energía, que tienen ventajas significativas sobre las "buenas estadísticas antiguas".

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