Технологические особенности современных ИБП для корпоративного рынка

BYTEmag.ru

Источники бесперебойного питания (ИБП) по-прежнему остаются одним из самых распространенных способов обеспечения гарантированного электроснабжения для критических нагрузок. Мощные («тяжелые») ИБП обычно используются для надежного электропитания телекоммуникационного оборудования, серверных комнат и центров обработки данных (ЦОД). Подобные устройства обеспечивают обработку критичной для бизнеса информации, а, следовательно, в первую очередь должны строиться с учетом высокой производительности (эффективности), надежности и отказоустойчивости. Во времена экономической нестабильности как никогда важным оказывается решение о замене морально устаревшего оборудования. Дело в том, что вложение средств в новую систему часто оказывается более эффективным, нежели затраты на эксплуатацию старой. Разумеется, что современные ИБП должны отвечать стандартам безопасности, качества и электромагнитной совместимости. Несомненные преимущества систем бесперебойного питания ориентированных на поддержку ЦОД, заключаются в способности обеспечивать экономичность, надежность, резервирование мощности, а также в наличии средств управления, мониторинга и серьезной технической поддержки.

В соответствии со стандартом IEC 62040-3 ИБП классифицируются по степени зависимости выходного сигнала устройства от состояния электросети, по форме выходного сигнала ИБП и по динамическим характеристикам выходного напряжения. Так, резервные системы, или устройства с зависимостью от напряжения и частоты VFD (Voltage and Frequency Dependent), защищают оборудование лишь при исчезновении или падении напряжения, а также в случае его повышения. Они не пригодны для использования в ЦОД, серверных помещениях и обычно не применяются в технологиях автоматизации. Устройства, обеспечивающие независимость от уровня входного напряжения VI (Voltage Independent), применяются, прежде всего, там, где выравнивание напряжения не имеет критического значения для эксплуатации систем. Как правило, время переключения таких устройств на работу от батарей аккумуляторов для критически важных приложений оказывается слишком большим. Устройства, гарантирующие независимость от частоты и уровня входного напряжения VFI (Voltage and Frequency Independent), по стандарту IEC 620403 соответствуют активным системам с двойным преобразованием и, обеспечивая наивысший уровень защиты, как правило, поддерживают работу основных критически важных для предприятия систем. Как следует из названия, принцип работы подобных устройств состоит в двойном преобразовании: сначала входное переменное напряжение преобразуется в постоянное, затем снова в переменное, с помощью обратного преобразователя (инвертора). ИБП этого класса способны защитить оборудование от всех существующих сбоев электропитания и обеспечить высочайший уровень доступности электропитания — до 99,999%.

Производительность ИБП оценивается коэффициентом полезного действия (КПД) устройства (системы). Не секрет, что ИБП эксплуатируются круглосуточно на протяжении нескольких лет с короткими перерывами, а, следовательно, даже незначительные потери мощности суммируются в результате в огромные цифры затрат. Разработчики ИБП активно работают над улучшением КПД, особенно на частичной нагрузке. Одним из решений для повышения КПД является режим с питанием нагрузки через байпас (обходную цепь). Например, ИБП автоматически переключается между режимами байпаса и обычного (двойного) преобразования в зависимости от состояния электросети. Так, в случае наличия проблем в электросети ИБП питает нагрузку в обычном (рабочем) режиме. Когда же сигнал основной сети отвечает всем требуемым параметрам, ИБП автоматически переключается в режим байпаса.

Большинство современных ИБП с двойным преобразованием выполнены по бестрансформаторной схеме. В схемных решениях выпрямителей и инверторов используются биполярные транзисторы с изолированным затвором IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), что позволяет добиться значений КПД на уровне 96% и выше. Как известно, трансформаторная схема рассчитана в первую очередь на индуктивную нагрузку и оказывается менее эффективной при работе, например, с емкостной нагрузкой. Однако некоторые эксперты заявляют, что при работе с большими мощностями соотношение цены и доступности пока складываются в пользу традиционной трансформаторной технологии.

Для повышения надежности ИБП с двойным преобразованием применяется статический байпас (резервирующий инвертор) и другие конструктивные решения (в основном, дублирование). Отказоустойчивость систем гарантированного электропитания обеспечивается за счет избыточного резервирования, которое может выполняться, например, как параллельным включением отдельных устройств, так и использованием модульных систем. Традиционные параллельные системы ИБП синхронизируются при помощи управляющих кабелей связи и контролируются централизованными блоками управления. Основным недостатком такой схемы работы является наличие единого управляющего блока. А вот технология Hot Sync (компания Eaton) позволяет нескольким ИБП работать совершенно независимо друг от друга, контролируя фазу своего выходного напряжения, при отсутствии управляющих кабелей связи между ними. В случае модульных систем ИБП избыточность обеспечивается по формуле N+1. Это означает, что при сбое одного модуля остальные способны взять на себя полную нагрузку. Например, под нагрузку 30 кВА выделяются не два модуля по 15 кВА каждый, а четыре модуля по 10 кВА. То есть, один модуль находится в «горячем» резерве.

Существенное значение имеют быстродействие и эффективность алгоритмов управления. Для удаленного администрирования ИБП стандартной стала встроенная поддержка SNMP, что позволяет следить за состоянием самого ИБП и системы электропитания. Крайне важным становится встраивание систем контроля ИБП в системы диспетчеризации (IBM Tivoli, HP Open View и т.д.), а также удалённого управления электропитанием. Большинство ИБП большой мощности имеют широкие возможности по интеграции в информационные системы с использованием основных протоколов: SNMP, AS400, ModBus/JBus, ProfiBus, GSM, Web/XML. Многие производители предлагают инструменты для контроля состояния своих ИБП: в случае возникновения неполадок они отправляют уведомления по локальной сети, через Интернет или в виде SMS на мобильный телефон.

Как известно, инфраструктурные расходы могут составлять до 30-50% от всех расходов на ИТ, причем большая их часть приходится на оплату за электроэнергию и кондиционирование. По этой причине выпуск новых моделей ИБП, которые позиционируются как энергоэффективное, «зеленое», оборудование, вполне обоснован и своевременен.

В современных ИБП применяются аккумуляторные батареи типа VRLA (Valve Regulated Lead Acid), которые часто называют «герметизированными необслуживаемыми батареями». Электролит в аккумуляторах типа VRLA находится в связанном состоянии. Так, в батареях, выполненных по технологии AGM (Absorbed Glass Material), для изготовления сепараторов применяется стекловолоконный пористый материал, который пропитывается электролитом. А в технологии GEL используют гелеобразный электролит, получаемый путем добавления силиконового наполнителя. В новые ИБП фирмы-производители включают технологии, управляющие зарядкой аккумуляторных батарей, например, с учетом температуры окружающей среды. Так, по данным компании Socomec, это позволяет почти в полтора раза продлить срок эксплуатации аккумуляторов.

По оценке экспертов IT Research, на рынке «тяжелых» ИБП традиционно сильные позиции занимают такие компании APC by Schneider Electric, Chloride, Eaton, Emerson Network Power, GE DE, Newave и Socomec (перечислены в алфавитном порядке). Несмотря на непростые экономические условия, практически все ведущие компании в области гарантированного электропитания в этом году представили новые модели своих ИБП. Так, APC by Schneider Electric расширила линейку модульных решений, представив новый трехфазный ИБП APC Symmetra PX 250/500 кВт. Новый ИБП отличается сверхвысоким КПД — 96% в режиме двойного преобразования для нагрузки свыше 35%, что снижает расходы на электроэнергию и охлаждение, значительно сокращая полную стоимость владения. Занимая площадь всего 5,7 кв. м в конфигурации мощностью 500 кВт с батареями, новая модульная система электропитания подходит для динамичных ЦОД с высокой энергетической плотностью. В будущем ИБП АРС Symmetra PX 250/500 кВт будет поддерживать параллельное подключение нескольких систем общей мощностью до 2 МВт. Еще одной новинкой от APC стал трехфазный ИБП MGE Galaxy 3500 с лучшим в своем классе КПД — до 96%. Данный ИБП позиционируется для широкого спектра приложений в сегменте от 10 до 40 кВА: от небольших ЦОД и электротехнических помещений до требовательных промышленных сред.

Компания Chloride выпустила на рынок MP-NET — модульную и наращиваемую систему ИБП, предназначенную для поддержки систем электропитания небольших ЦОД. В число функций MP-NET включен режим ECO, который позволяет отдельному ИБП свести к минимуму расход электроэнергии, обеспечивая при этом высокий КПД преобразования электроэнергии, до 98%. MP-NET обеспечивает номинальные мощности от 20 до 80 кВА, причем благодаря разъему типа hot-swappable дополнительные модули можно вводить в действие при работе системы в режиме on-line.

Модель ИБП Powerware 9395 компании Eaton, мощность которой составляет 1100 кВА, предназначена для создания систем гарантированного электропитания крупных дата-центров. Как и другие устройства этого семейства, устройство снабжено IGBT-выпрямителем, обеспечивающим малые искажения потребляемого от сети тока, и обладает коэффициентом мощности, близким к единице. В режиме двойного преобразования КПД этой системы достигает 94,5%, а в режиме экономии, Energy Saver Mode, приближается, по данным Eaton, к 99%.

ИБП Liebert PSI XR компании Emerson Network Power предназначены для защиты серверов, рабочих станций и сетевого оборудования в небольших офисах. Колебания напряжения компенсируются специальным автоматическим регулятором, применение которого позволяет снизить нагрузку на аккумуляторы и продлить срок их службы. ИБП выпускается в различных модификациях: с расчетной нагрузкой в 1000, 1500, 2200 и 3000 ВА. Liebert PSI XR позволяет менять аккумуляторные батареи без отключения потребителей. Кроме того, для продления автономного ресурса устройство способно работать от внешних аккумуляторных батарей. К нему можно подключить до шести батарей размера 2U, сопоставимых по габаритам с самим ИБП, в таком случае ресурс автономной подачи питания при полной нагрузке продлевается на 3 ч.

Компания GE Digital Energy (GE DE) представила для проектировщиков и владельцев ЦОД новый трехфазный ИБП мощностью 750 кВА — SG Series Digital UPS. В нем используются «зеленые» технологии, а КПД при половинной нагрузке составляет более 94%. Применение в ЦОД энергоэффективных ИБП способствует снижению потребления электроэнергии, при этом мощность и надежность источников бесперебойного питания остается на высоком уровне. По данным производителя, по сравнению с конкурирующими системами в типовом ЦОД 10 устройств ИБП GE на 750 кВА при половинной нагрузке потребляют электроэнергии на 60-100 кВт меньше, а расход энергии на охлаждение сокращается на 30-50 кВт.

Третье поколение модульных систем ИБП DPA UPScale компании Newave, базирующееся на децентрализованной параллельной архитектуре (Decentralised Parallel Architecture, DPA), предназначено в первую очередь для ЦОД. В варианте DPA UPScale ST мощность системы для установки в стандартную 19-дюймовую стойку составляет от 10 до 120 кВА (до 6 модулей). Максимальная плотность мощности составляет в этом случае 272 кВт/кв. м. «Кабинетный» вариант DPA UPScale RI поставляется с модулями мощностью 10 или 20 кВт. По данным производителя, КПД системы достигает 99% на полной нагрузке и 94% при 25% нагрузки.

Компания Socomec анонсировала новую линейку ИБП Green Power, включающую модели мощностью 10-40, 100-120 и 160-200 кВА. Эти ИБП специально разработаны для отрасли ИТ и рассчитаны на применение в ЦОД, в телекоммуникационных компаниях, в сетях и корпоративной инфраструктуре ИТ. В числе их основных достоинств специалисты компании называют компактность (увеличение плотности мощности с 1,5 до 3 кВт/куб. м), экономичность и простоту. По заявлению Socomec, КПД ИБП серии Green Power со специальным (трехуровневым) инвертором составляет 96% при активной нагрузке в 100% или 95,8% и 94,5%, если нагрузка равна 50% и 25% соответственно. Интеллектуальная система зарядки батарей EBS (Expert Battery System) с контролем температуры увеличивает срок их службы до 50%, а система контроля BHC (Battery Health Check) обеспечивает максимальную емкость. Архитектура ИБП предусматривает резервирование за счет параллельного соединения (1+1), а модульная система дает возможность наращивать количество блоков.

ИБП SU10KRT3/1X серии SmartOnline, выпущенный компанией Tripp Lite, предусматривает трехфазное подключение на входе и однофазное — на выходе (3:1). До четырех ИБП может быть подключено параллельно, что, при мощности одного источника 10 кВА/7 кВт, позволяет поддерживать нагрузку мощностью 40 кВА, или 30 кВА с резервированием по схеме N+1. Данный ИБП предназначен для защиты небольших ЦОД, а также телекоммуникационного и сетевого оборудования.

Перейти на главную страницу обзора