Новые экономичные системы ИБП снижают расход энергии и минимизируют эксплуатационные риски

07 мая 2015 г. | МакФарлейн Роберт | Категория: Обсуждаем статью

Установки эко-ИБП помогут повысить энергоэффективность ЦОДа, а также имеют новую архитектуру, позволяющую быстро реагировать на отключения.

Дата-центры форсируют задачи повышения энергоэффективности без ущерба надежности. Вы хотите узнать, в какой области предстоит самая большая работа? В энергоснабжении.

Источники бесперебойного питания (ИБП) значительно усовершенствованы. Биполярные транзисторы с изолированным затвором (БТИЗ) повышают энергетическую эффективность до уровня 90% и выше, а бестрансформаторная схема добавляет еще 2%. Согласование нагрузки, синфазность и более высокое напряжение, подаваемое на IT-оборудование, также работают на эту задачу.

Любой был бы рад сэкономить $25 000 в год на счетах за электричество с помощью высокоэффективных ИБП, но для многих операторов сроки возврата инвестиций представляют собой проблему. Если взять ИБП на 500 кВт, то повышение эффективности на 2 или 3% будет означать, что окупиться такое вложение сможет в течение двух, если не трех десятилетий. Новые топологии ИБП обещают высокую энергоэффективность, снижая потребления электричества и делая более привлекательной идею модернизации парка ИБП.

Экономичные системы ИБП – также их называют энергосберегающие системы, с режимом экономии или эко-режимом – питают IT-оборудование от сети общего пользования до тех пор, пока этот источник не прекращает снабжение, либо пока напряжение не падает ниже установленного предела. И только тогда включаются в работу аккумуляторы. Звучит устрашающе? Не обязательно.

«Если работа в эко-режиме не ставит под угрозу выполнение требований к питанию критической нагрузки в то время, как входная мощность на ИБП находится за пределами допустимых значений, и мы можем продемонстрировать немедленный переход из эко-режима к аккумулятору (инвертору), то эта система оправдает наши ожидания от работы ИБП», - говорит Эд Рафтер, вице-президент по технологиям Uptime Institute, организации, которая занимается сертификацией надежности и резервирования дата-центров. Он добавляет, что «есть и другие нюансы, которые необходимо принять во внимание».

Опции эко-ИБП

Существует три общепризнанных технологии ИБП: источники с двойным преобразованием энергии, линейно-интерактивные ИБП, не зависящие от напряжения (VI) и ИБП резервного типа (standby). Системы ИБП с двойным преобразованием, не зависящие от напряжения и частоты, считаются наиболее надежными, но в лучшем случае их эффективность достигает 96%.

Многие эко-ИБП представляют собой довольно сложные адаптации вариантов линейно-интерактивных ИБП или ИБП резервного типа. Некоторые эко-ИБП конфигурируются как VI-системы с двойным преобразованием энергии, у которых переключатель байпаса обычно выключен.

Линейно-интерактивные VI-ИБП имеют контролируемое выходное напряжение, но ту же частоту на выходе, что и на входе. В результате их эффективность достигает 98%.

ИБП резервного типа имеет инвертор, который не работает до тех пор, пока не прекратится подача энергии от внешнего источника. Эко-система ИБП, зависящая от напряжения и частоты (VDF), или ИБП резервного типа держат биполярные транзисторы с изолированным затвором наготове, чтобы инвертор мог начать подавать мощность через 2 мс после активации. Эти архитектуры позволяют достичь эффективности 99%.

Риски и проблемы

Пользователи сталкиваются с двумя проблемами при работе с эко-ИБП: аномалии внешней линии энергоснабжения достигают IT-оборудования, а стабильная подача энергии начинается достаточно быстро, чтобы обеспечить бесперебойную работу серверов при сбое энергоснабжения. Проектировщики ИБП предприняли значительные шаги на пути к устранению рисков.

Аномалии не должны волновать, когда система работает в режиме «эко», особенно если у вас развитая, зрелая энергетическая инфраструктура. Эко-ИБП имеют фильтры и должны использовать устройства защиты от колебаний на контуре байпаса для предотвращения резких скачков и провалов напряжения на линии. ИБП, основанные на топологии VI, дают более надежную защиту от проблем линии, нежели VDF- системы. Для местности с ненадежным энергоснабжением вряд ли подойдет эко-ИБП. В других местах при хорошо спроектированной системе подверженность колебаниям должна быть минимальной, и потенциальная экономия будет весьма существенна.

Трансформаторы теряют около 2% своей мощности, поэтому эко-ИБП не используют трансформаторы. Без трансформатора электрическая схема должна включать защиту от тока короткого замыкания: короткие цепи, которые заставляют ток (амперность) внезапно повышаться.

Время восстановления системы ИБП включает множество вариаций. Конденсаторы питания IT-нагрузки накапливают мощность, которая идет с короткими перерывами (в среднем 8,3 мс). Контуры датчика должны выявлять проблемы во входящем энергоснабжении и открывать переключатель байпаса – и включать инвертор в VDF- системе - до того, как полная мощность пойдет на IT-оборудование. Если ИБП быстро восстанавливает стабильную подачу питания, IT-оборудование должно продолжить работу в нормальном режиме – однако гарантии нет. Всем электрическим системам требуются время для стабилизации, когда они неожиданно подвергаются ударной нагрузке полной мощности, и это добавляет миллисекунды (и более) к общему времени восстановления.

Старые конденсаторы могут оказаться не полностью заряженными, что уменьшит время работы в переходный период. Эко-ИБП переключается на аккумулятор, когда напряжение выйдет за рамки допустимого, и это может быть от +10% до -15%, поэтому VDF-ИБП дают пониженное напряжение до тех пор, пока оно не вернется в пределы нормы. Даже новые конденсаторы могут не зарядится полностью при снижении напряжения, например, при провалах подаваемой мощности, и это также уменьшит время автономной работы.

В редких случаях, когда совпадут сразу несколько факторов, применение эко-ИБП может вполне объяснимо вызвать разрушение серверов. Это – плата за достижение максимальной энергоэффективности.

«Опытным путем мы поняли, что использование этих эко-конфигураций действительно представляет некоторый риск», - говорит Рафтер. «И если смотреть непредвзято – они и должны представлять риск. Ничего не дается даром, даже эко-режим».

Восстановление магистрального энергоснабжения

Нагрузка на аккумулятор – проблема любого ИБП, ведь использование и повторная зарядка укорачивает срок службы батареи. Топология VDF не подвергает аккумулятор стрессу до тех пор, пока не случается переключение, но системы VI могут, потому что инвертор всегда задействован. Хорошо спроектированная система VI получает дополнительную мощность от выпрямителя без разрядки батареи до тех пор, пока не прекратится собственно подача энергии.

Когда подача энергии возобновляется (от магистрали или от генератора), система, как правило, остается нестабильной в течение нескольких секунд. Магистраль может отключаться и включаться по нескольку раз. Эко-ИБП должна сама решить, когда переключиться обратно на байпас, поэтому она обычно имеет встроенное логическое устройство задержки и мониторинга для предотвращения возврата к магистральному питанию раньше срока. Пока аккумулятор не разрядится, это мало чем отличается от ИБП с двойным преобразованием.

Увеличение времени работы аккумулятора не поможет. Без наличия генератора, который будет поддерживать системы охлаждения, и аккумуляторы, и ИБП перегреются.

Действительная эксплуатационная эффективность

Реальная эффективность эко-ИБП доказана статистически и учитывает топологию ИБП, надежность магистрального энергоснабжения и условия эксплуатации ЦОДа. Поэтому производители на самом деле не могут указать точную цифру. Эффективность системы, построенной на топологии VDF, зависящих от напряжения и частоты, может достигать 99% в эко-режиме. Другая система, на архитектуре VI покажет чуть меньшую эффективность из-за незначительного потребления инвертора. Один производитель ИБП заявляет о 98.3% независящих систем – всего на 0.7% ниже.

Реальный критерий – это фактическое время работы в эко-режиме. Одна установка показала работу 1050 часов в режиме двойного преобразования из общего числа работы 21 000 часов – то есть, 95% работы в эко-режиме. Если эко-режим эффективен на 99%, а двойное преобразование – на 95%, то фактическая эффективность составила 98,79%.

Один дата-центр из сферы финансового сектора работает на двойном преобразовании в течение критических дневных часов и в эко-режиме по ночам. Такая конфигурация сокращает экономию, но максимизирует надежность в течение наиболее критического времени суток.

Скоро вы увидите эко-режим на любом новом ИБП. Разберитесь, когда и как его использовать в вашем дата-центре: сколько он реально экономит, вы сможете узнать лишь по факту использования спустя некоторое время.

Источник: www.searchdatacenter.com

Теги: ИБП, расход энергии, эко-ИБП