Повышение эффективности работы ИБП в ЦОД

ИБП является неотъемлемым звеном системы энергоснабжения ЦОД и обеспечивает критически-важное оборудование по возможности безупречным электропитанием, а также компенсирует его временное отсутствие за счет накопленной энергии в аккумуляторных батареях. Система бесперебойного питания является второй по величине (после кондиционирования) эксплуатационных затрат инженерной инфраструктуры ЦОД, поэтому так важно создать условия для наиболее эффективной работы ИБП.

На проблему повышения КПД ИБП высказывают мнения специалисты как компаний - системных интеграторов, так и производителей оборудования. Свою лепту вносит и реклама, провозглашающая цифры всё более близкие к 100%.Данная статья является попыткой выделить из общей массы именно полезные советы, используя двоичную систему оценок и тем самым отвечая на вопрос "Что такое хорошо и что такое плохо?"

Применение экономичного режима: плохо

Многие производители в число режимов ИБП ввели некий экономичный режим, характеризующийся повышенным КПД: до 98% и выше. Данный режим реализуется через включение Offline-режима ИБП: потребители получают питание от сети по линии байпаса. В случае значительных помех или отсутсвия напряжения в сети система автоматически переключается на Online-режим двойного преобразования. Заявляется, что предлагаемая схема не только повышает КПД ИБП за счет отсутствия преобразования энергии в выпрямителе и инверторе, но и увеличивает срок службы последних ввиду их простоя.

Некоторые производители в технической документации (а не в рекламных буклетах) честно пишут, что данный режим пригоден "для менее чувствительных потребителей". Вывод очевиден: для ЦОД данный способ увеличения КПД не подходит. Обращаясь к истории развития ИБП отметим, что ИБП с двойным преобразованием, собственно, для того и были разработаны, чтобы обеспечить нагрузку максимально качественным электропитанием. Для этого пришлось входной переменный ток с искажениями сети выпрямить, превратив в постоянный, после чего снова инвертировать в переменный, который, однако, полностью защищен от помех внешней сети, а потому обладает на порядок более высоким качеством. Теперь же с целью снижения затрат на эксплуатацию ИБП предлагается сделать шаг назад. Каковы при этом будут прямые и, что ещё важнее - косвенные) потери при выходе из строя ИТ-оборудования?

Использование нескольких ИБП вместо одного: и хорошо и плохо

Огромной проблемой является расчет мощности ИБП. Дело в том, что при её определении используют наихудший режим, при котором включены абсолютно все потребители, причем на максимальную мощность. Плюс 15-25% запас. В итоге реальная нагрузка в запущенном ЦОД составляет 15-30% от расчетной. Очевидно, в таком режиме КПД ИБП также низок: около 70% (см. рис.)

Решение видится в использовании нескольких блоков ИБП или модульных ИБП. В обоих случаях производители обычно имеют возможность программирования контроллера таким образом, чтобы при низкой нагрузке работала не вся система ИБП с низкой загрузкой, а только некоторая её часть с более высоким процентом использования.

Другим выходом из ситуации является закладка кабельных трасс с расчетом на перспективу роста мощности ЦОД, а сами ИБП изначально установить только в необходимом на этом этапе количестве и далее доставлять по необходимости в горячем режиме.

Пример №1. Сравнить эффективность системы бесперебойного питания при использовании пяти ИБП мощностью 100кВА, трех ИБП по 200кВА или двух ИБП мощностью 400кВА в ЦОД мощностью 400кВА (схема резервирования N+1).

Так как мощность ЦОД будет равномерно распределена по всем ИБП, то в первом случае каждый ИБП окажется нагруженным на 80%, во втором - на 66.6%, в третьем - на 50%. КПД ИБП составит соответственно 94%, 93% и 92%, потери электроэнергии окажутся равными 24кВА, 28кВА и 32кВА. Отметим, что именно на эту мощность рассчитывается система кондиционирования помещения ИБП. Исходя из метода "три к одному" (для получения 3кВт холода требуется затратить 1кВт электроэнергии) получаем, что итоговые затраты составят ещё на треть больше: 32кВА, 37.3кВА и 42.6кВА. Пересчитаем разницу затрат во втором и третьем варианте по сравнению с первым за год работы (24ч/дн*365дн=8760ч). Во втором случае дополнительные затраты составят 46500кВА*ч, в третьем - 93000кВА*ч. При стоимости электроэнергии 3руб/кВА*ч (~2.5руб/кВт*ч) получаем 140 и 280 тыс.руб.

Вывод: Использование нескольких ИБП позволяет сэкономить на электроэнергии в среднем по 100тыс.руб. на каждые 200кВА чистой(!) мощности ЦОД.

Но тут есть и обратная сторона медали. Чем больше блоков ИБП в системе, тем менее надежной является последняя. А сбои в работе ЦОД обходятся чрезвычайно дорого!

Надежность блока ИБП с учетом его возможности перехода на режим байпаса оценивается очень высоко, время простоя составляет около 0.1с в год. Чем больше ИБП объединяется в единую систему, тем менее надежной она становится, пропорционально увеличивается время простоя, падает доступность системы и падает индекс MTBF (Mean (operating) Time Between Failures, показатель времени наработки на отказ).

Конфигурация ИБП Доступность (с байпасом), % MTBF
1+1 99.99999932 2182.9
2+1 99.99999899 1455.3
3+1 99.99999865 1091.5
4+1 99.99999831 873.2
5+1 99.99999797 728.4
6+1 99.99999763 624.3
7+1 99.99999730 545.3
8+1 99.99999696 485.6
9+1 99.99999662 437.0
10+1 99.99999628 397.3

Однако, не стоит обольщаться множеством девяток. Следует особо отметить, что эти цифры приведены с учетом работы ИБП в режиме байпаса, т.е. в режиме, когда нагрузка никак не защищена от помех внешней электросети. А ведь, согласно ГОСТ 13109-87 п.6.2, качество электрической энергии не должно выходить за рамки допустимого диапазона лишь 95% времени. Таким образом, доступность никак незащищенной нагрузки составляет всего 95%.

Приблизительные потери, которые могут быть вызваны простоем продолжительностью в 1ч на предприятиях различных типов в США:

Тип предприятия Стоимость часа простоя
Биржевые транзакции Несколько млн. долл.
Авторизация кредитных карт (банки) $2 000 000
Amazon $180 000
Бронирование билетов на самолеты $89 000
Резервирование (отелей, автомобилей и т.п.) $41 000
Банкоматы $14 000

 

Теги:
#Электроснабжение (ИБП, ДГУ)

Оставить комментарий

Ваше имя:
E-mail:
(Не обязательно)
Текст комментария:
Введите код с картинки:  

Дополнительные материалы

Можно ли зимой включать кондиционер на обогрев

Вытяжка в стену: как подобрать и правильно сделать своими руками

3 способа сделать увлажнитель воздуха для квартиры и дома своими руками

Всё самое важное про турбодефлекторы: что такое, принцип работы, внешний вид, как подобрать

Вентиляция в квартире: самое полное руководство простым языком

Встраиваемая вытяжка на кухне: важные нюансы по устройству и подключению

Вытяжка в дачном туалете: как сделать правильно своими руками

Вентиляция гаража: как сделать правильно своими руками