Принцип работы ИБП КПД ИБП возможен 98 99

Обновлено: 03.07.2024

Многие современные системы бесперебойного питания (ИБП) имеют энергосберегающий режим работы. Данные показывают, что очень немногие центры обработки данных используют его из-за потенциальных рисков.

Цели обучения

Узнайте об энергосберегающих возможностях систем бесперебойного питания (ИБП).
Узнайте, как сэкономить энергию, запустив систему ИБП в экономичном режиме.
Понять последствия работы системы ИБП в экономичном режиме.

"Эко-режим" – это термин, используемый для обозначения различных единиц оборудования, чтобы определить режим работы, при котором потребляется меньше энергии, что является более экономичным режимом работы. Когда этот термин используется по отношению к смартфону или автомобилю, он обычно означает какую-то упрощенную операцию, при которой доступны не все функции, а система выполняет определенные функции на более медленных скоростях, чтобы потреблять меньше энергии. Влияет ли это на общую работу оборудования, зависит от того, какую задачу выполняет оборудование.

Основной функцией источника бесперебойного питания (ИБП) является защита критической нагрузки во время отключения путем подачи резервного питания от устройства накопления энергии, а также обеспечения стабильного напряжения и частоты. Как и в случае с другим оборудованием, целью работы системы ИБП в экономичном режиме является повышение эффективности за счет снижения количества энергии, потребляемой ИБП. Green Grid определяет эко-режим как «один из нескольких режимов работы ИБП, которые могут повысить эффективность (экономить энергию), но, в зависимости от технологии ИБП, могут привести к возможным компромиссам в производительности».

Влияет ли работа ИБП в экономичном режиме на работу ИБП, делая систему в целом менее надежной и потенциально подвергая критическую нагрузку большему риску? Есть ли способ использовать экономичный режим для повышения эффективности без ущерба для производительности или надежности? Это вопросы, которые необходимо рассмотреть при рассмотрении вопроса о проектировании и эксплуатации критического объекта с экорежимом. Цель этой статьи — более подробно рассмотреть различные режимы работы ИБП и то, как они влияют на центры обработки данных и другие критически важные объекты.

Электроэффективность

Хотя для измерения эффективности центров обработки данных используются разные показатели, наиболее часто используется эффективность использования энергии (PUE), созданная Green Grid. Он сравнивает общую мощность центра обработки данных с мощностью, используемой для работы ИТ-оборудования. Оптимальный центр обработки данных будет иметь значение PUE, равное 1,0, при котором вся мощность, поступающая в центр обработки данных, используется непосредственно для питания ИТ-оборудования. Любое значение выше 1,0 означает, что часть общей мощности объекта направляется на вспомогательные системы, такие как охлаждение, освещение и энергосистема. Чем выше число PUE, тем большая часть энергии потребляется вспомогательными системами по сравнению с самим ИТ-оборудованием, что приводит к менее эффективному центру обработки данных.

При проектировании центра обработки данных большинство инженеров, владельцев и операторов сосредотачиваются на механической системе и возможности использовать естественное охлаждение для снижения PUE и повышения эффективности. Электрическая система, однако, также тратит энергию в виде потерь из-за неэффективности электрического оборудования и системы распределения. В среднем потери в системе распределения электроэнергии могут составлять от 10% до 12% от общей энергии, потребляемой центром обработки данных. Это означает, что центр обработки данных с ИТ-нагрузкой 2 МВт и среднегодовым значением PUE 1,45 (2,9 МВт общей нагрузки) имеет электрические потери 348 кВт и будет тратить около 300 000 долларов США в год на потери электроэнергии. Эти затраты на электроэнергию впустую в сочетании с более жесткими операционными бюджетами и стремлением к устойчивому развитию вынудили инженеров и владельцев более внимательно изучить электрические системы, чтобы найти способы устранения потерь электроэнергии.

Устаревшее распределение электроэнергии

В типичной устаревшей системе распределения электроэнергии центра обработки данных есть четыре компонента, которые вносят наибольший вклад в потери:

Трансформаторы подстанций: холостой ход трансформатора и потери в сердечнике
ИБП: потери в выпрямителе и инверторе
Распределительные блоки питания (PDU): холостой ход трансформатора и потери в сердечнике
Электропитание ИТ: потери в выпрямителе и трансформаторе.

Одним из способов снижения потерь, не влияющих на работу центра обработки данных, является использование или замена такого оборудования, как подстанции и трансформаторы PDU, на более эффективное оборудование. В 2005 г. было принято NEMA TP-1: Руководство по определению энергоэффективности распределительных трансформаторов, которое повысило минимальную эффективность трансформатора примерно с 97% до 99%, в зависимости от типа и размера трансформатора. В 2016 году это минимальное требование к эффективности трансформатора будет увеличено примерно на 8–12 % для дальнейшего снижения энергопотребления.Также доступны сверхвысокоэффективные трансформаторы с рейтингом эффективности выше 99,5%.

Еще один метод повышения эффективности – устранение оборудования с наибольшими потерями. Этот метод требует различных стратегий электропитания, таких как реализация распределения переменного и постоянного тока более высокого напряжения, чтобы исключить такое оборудование, как трансформаторы PDU, инверторы ИБП и выпрямители питания ИТ. Каждая из этих стратегий управления питанием имеет свои преимущества и недостатки, влияющие на работу центра обработки данных, поэтому их необходимо учитывать при планировании центра обработки данных.

Третий метод, который недавно продвигают производители и который начинают внедрять некоторые предприятия, включает в себя работу системы ИБП в каком-либо экономичном или экономичном режиме. Этот режим работы повышает эффективность за счет устранения потерь в выпрямителе и инверторе ИБП.

Международная электротехническая комиссия (МЭК) классифицирует системы ИБП по следующим категориям производительности:

Зависимость от напряжения/частоты (VFD): ИБП должен защищать нагрузку от перебоев в подаче электроэнергии. Выходное напряжение и частота зависят от входного источника переменного тока. Он не предназначен для предоставления дополнительных корректирующих функций.
Независимый от напряжения: ИБП должен защищать нагрузку от перебоев в подаче электроэнергии и обеспечивать стабильное напряжение. Выходная частота зависит от входного источника переменного тока. Выходное напряжение должно оставаться в заданных пределах напряжения (обеспечиваемых дополнительными функциями коррекции напряжения).
Независимый от напряжения/частоты (VFI): ИБП должен защищать нагрузку от перебоев в подаче электроэнергии и обеспечивать стабильное напряжение и стабильную частоту. Выходное напряжение и частота не зависят от входного источника переменного тока.

Топология VFD обычно называется «автономным» ИБП, где цепи выпрямителя/инвертора отключены и не являются частью нормального пути питания. Поскольку потери, связанные с выпрямителем/инвертором, устраняются во время нормальной работы, этот режим аналогичен эффекту работы двойного преобразования в экономичном режиме. В нормальном режиме нагрузка в системе типа VFD подвергается воздействию необработанной мощности сети. Обычно это однофазные ИБП меньшего размера.

Топология VFI более известна как ИБП с двойным преобразованием или «онлайн», когда при нормальной работе цепи выпрямителя/инвертора подключены и задействованы (см. рис. 1). Мощность преобразуется из переменного тока в постоянный в выпрямителе, а затем из постоянного обратно в переменный в инверторе. Кроме того, мощность постоянного тока используется для зарядки носителя накопленной энергии при нормальной работе и получения энергии от носителя накопленной энергии во время отключения электроэнергии. Для накопителя энергии могут использоваться различные технологии, включая батареи и маховики. Системы ИБП с двойным преобразованием также оснащены статическим байпасом, который обходит цепь выпрямителя/инвертора в случае неисправности. В этой статье основное внимание будет уделено топологии статических ИБП с двойным преобразованием (VFI).

Традиционный эко-режим

В традиционном или классическом эко-режиме нагрузка обычно питается через байпасный путь, подвергая критическую нагрузку необработанному питанию от сети без кондиционирования, аналогично топологии VFD (см. рис. 2). Инвертор находится в режиме ожидания и включается только при сбое сети. Благодаря этому исключаются потери в выпрямителе и инверторе, что делает систему ИБП более эффективной.

Средняя статическая система ИБП с двойным преобразованием работает с КПД от 90 % при нагрузке 30 % до примерно 94 % при нагрузке 100 %. Процент эффективности может немного увеличиваться или уменьшаться в зависимости от используемой технологии и от того, содержит ли ИБП входной разделительный трансформатор. При устранении потерь в выпрямителе и инверторе эффективность системы ИБП в экономичном режиме может возрасти до 98% или 99%. В конфигурации с резервированием 2N (система + система), где система обычно использует каждый ИБП с коэффициентом мощности ниже 40 %, это соответствует повышению эффективности примерно на 4–8 %. Повышение эффективности также означает меньшее выделение тепла, что снижает требования к охлаждению. Green Grid оценивает среднее улучшение PUE примерно на 0,06 при переходе от двойного преобразования к экономичному режиму.

Традиционные задачи эко-режима

При работе в традиционном экономичном режиме необходимо учитывать следующие проблемы:

Бескондиционированная мощность: критическая нагрузка подвергается воздействию необработанной электроэнергии. Критическая нагрузка определяет колебания напряжения или частоты.
Время переключения: в экономичном режиме системе ИБП требуется время, чтобы обнаружить сбой, включить инвертор, перейти на аккумулятор и разомкнуть переключатель статического байпаса. Несмотря на то, что время передачи может находиться в пределах кривой Совета индустрии информационных технологий (ITIC) для серверных устройств, оно может повлиять на другие компоненты в системе распределения.Трансформаторы PDU могут насыщаться, вызывая большой бросок тока при восстановлении напряжения и приводя к отключению выключателей. Кроме того, статические переключатели могут изменять состояние.
Гармоники. Системы ИБП с двойным преобразованием изолируют электрические сети и генераторы от гармоник нагрузки. При работе в экономичном режиме функция фильтрации отключается, и гармоники нагрузки могут передаваться непосредственно обратно в систему.
Тепловой удар: во время сбоя система передает нагрузку (большую, приложенную ступенчатую нагрузку) на инвертор, что приводит к тепловому удару в системе. Этот тепловой удар может привести к отказу электроники в тот момент, когда ИБП больше всего нужен.
Отказраспознавание отказов: при нормальной работе во время отказа ИБП переключается на байпас для дополнительной способности устранения неисправности, чтобы отключить нижестоящие защитные устройства. В эко-режиме ИБП может быть трудно определить, было ли падение напряжения результатом неисправности и потери входной мощности, а также была ли неисправность восходящей или нисходящей. Это может привести к переключению системы на инвертор во время неисправности, что продлит время устранения неисправности и подвергнет риску персонал и оборудование.

Некоторые производители утверждают, что использование экономичного режима дает дополнительные преимущества. Когда система работает в эко-режиме, выделяется меньше тепла, поэтому вентиляторы можно отключить, что снижает износ некоторых компонентов и тем самым продлевает срок их службы.

Расширенный эко-режим

Благодаря достижениям в схемах управления микропрограммами многие производители обновили свои электрические конструкции и создали так называемый расширенный эко-режим (см. рис. 3). У каждого производителя немного другое название и свой метод работы системы в этом режиме, но конечным результатом является то, что инвертор остается включенным или задействованным в цепи, работая параллельно с байпасом, фактически не управляя током нагрузки.

Когда инвертор работает в обычном режиме, многие проблемы, связанные с традиционным экономичным режимом, устраняются или уменьшаются.

Время переключения: когда инвертор уже запитан и включен, для включения инвертора не требуется времени. Нагрузка может быть плавно переведена на устройство накопления энергии при сбое энергоснабжения или в режим двойного преобразования, когда условия питания выходят за заданные пределы.
Независимая мощность: поскольку инвертор включен, нагрузка может быть плавно перенесена на инвертор. Любое колебание мощности, выходящее за установленные пределы, приведет к переключению нагрузки на кондиционированную мощность с двойным преобразованием.
Гармоники. Системы ИБП с двойным преобразованием изолируют электрические сети и генераторы от гармоник нагрузки. Поскольку инвертор подключен и задействован в системе в расширенном экономичном режиме, им можно управлять для поглощения и фильтрации тока гармоник, даже если он не несет нагрузки.

Следует отметить, что поскольку инверторная цепь включена, с этим связаны некоторые потери. Таким образом, общая эффективность расширенного эко-режима может быть немного ниже, чем у традиционного эко-режима.

Заключительные мысли

Традиционный экономичный режим имеет много негативных эффектов, снижающих надежность. Из-за этого операторы центров обработки данных и других критически важных операций ранее не желали подвергать критическую нагрузку большему риску только для того, чтобы сэкономить деньги на эксплуатационных расходах.

Поскольку операционные бюджеты становятся все более ограниченными, а эксплуатационные расходы продолжают расти, все больше операторов обращаются к экономичному режиму как к средству снижения затрат. Производители ответили более совершенными системами эко-режима, которые устраняют многие проблемы надежности, связанные с традиционным эко-режимом. Тем не менее, все еще существуют некоторые проблемы, такие как тепловой удар и распознавание неисправностей, которые необходимо учитывать при внедрении и работе в экономичном режиме. Кроме того, поскольку не все системы с расширенным эко-режимом или высокоэффективным режимом одинаковы, при выборе системы необходимо тщательно взвешивать ее.

Ситуации, в которых операторы центров обработки данных, как правило, более склонны использовать экономичный режим, — это система ИБП, поддерживающая непрерывное охлаждение, и система ИБП 2N, в которой только одна из систем ИБП (A или B) работает в экономичном режиме.< /p>

Количество переходов с эко на двойное преобразование должно быть сведено к минимуму. Прежде чем включать экономичный режим, убедитесь, что качество электроэнергии отличное, чтобы не возникало тех событий передачи, которые повышают риск нагрузки. Большинство производителей предоставляют возможность перевода ИБП в разные режимы работы, не требуя техподдержки. Если приближается гроза или событие, которое может повлиять на качество электроэнергии в системе, рекомендуется вывести систему из экономичного режима и снова перевести ее в режим двойного преобразования, пока это событие не пройдет.

Можно вносить модификации и использовать различные режимы работы, чтобы сделать механические и электрические системы более эффективными для экономии энергии. Ключ к хорошему проектированию критически важного объекта и эксплуатации объекта заключается в том, чтобы не снижать надежность объекта в процессе.

Об авторе

Кеннет Кутсмеда (Kenneth Kutsmeda) — технический руководитель отдела критически важных решений в компании Jacobs. В течение 20 лет он отвечал за проектирование, проектирование и ввод в эксплуатацию систем распределения электроэнергии для критически важных объектов. Он является членом редакционно-консультативного совета Consulting-Specifying Engineer.

Есть ли у вас опыт и знания по темам, упомянутым в этой статье? Вам следует подумать о том, чтобы поделиться контентом с нашей редакцией CFE Media и получить признание, которого заслуживаете вы и ваша компания. Нажмите здесь, чтобы начать этот процесс.

Многие современные системы бесперебойного питания (ИБП) имеют энергосберегающий режим работы. Данные показывают, что очень немногие центры обработки данных используют его из-за потенциальных рисков.

Цели обучения

Узнайте об энергосберегающих возможностях систем бесперебойного питания (ИБП).
Узнайте, как сэкономить энергию, запустив систему ИБП в экономичном режиме.
Понять последствия работы системы ИБП в экономичном режиме.

Электроэффективность

Устаревшее распределение электроэнергии

Трансформаторы подстанций: холостой ход трансформатора и потери в сердечнике
ИБП: потери в выпрямителе и инверторе
Распределительные блоки питания (PDU): холостой ход трансформатора и потери в сердечнике
Электропитание ИТ: потери в выпрямителе и трансформаторе.

Одним из способов снижения потерь, не влияющих на работу центра обработки данных, является использование или замена такого оборудования, как подстанции и трансформаторы PDU, на более эффективное оборудование. В 2005 г. было принято NEMA TP-1: Руководство по определению энергоэффективности распределительных трансформаторов, которое повысило минимальную эффективность трансформатора примерно с 97% до 99%, в зависимости от типа и размера трансформатора. В 2016 году это минимальное требование к эффективности трансформатора будет увеличено примерно на 8–12 % для дальнейшего снижения энергопотребления. Также доступны сверхвысокоэффективные трансформаторы с рейтингом эффективности выше 99,5%.

Зависимость от напряжения/частоты (VFD): ИБП должен защищать нагрузку от перебоев в подаче электроэнергии. Выходное напряжение и частота зависят от входного источника переменного тока. Он не предназначен для предоставления дополнительных корректирующих функций.
Независимый от напряжения: ИБП должен защищать нагрузку от перебоев в подаче электроэнергии и обеспечивать стабильное напряжение. Выходная частота зависит от входного источника переменного тока. Выходное напряжение должно оставаться в заданных пределах напряжения (обеспечиваемых дополнительными функциями коррекции напряжения).
Независимый от напряжения/частоты (VFI): ИБП должен защищать нагрузку от перебоев в подаче электроэнергии и обеспечивать стабильное напряжение и стабильную частоту. Выходное напряжение и частота не зависят от входного источника переменного тока.

Традиционный эко-режим

Традиционные задачи эко-режима

При работе в традиционном экономичном режиме необходимо учитывать следующие проблемы:

Бескондиционированная мощность: критическая нагрузка подвергается воздействию необработанной электроэнергии. Критическая нагрузка определяет колебания напряжения или частоты.
Время переключения: в экономичном режиме системе ИБП требуется время, чтобы обнаружить сбой, включить инвертор, перейти на аккумулятор и разомкнуть переключатель статического байпаса. Несмотря на то, что время передачи может находиться в пределах кривой Совета индустрии информационных технологий (ITIC) для серверных устройств, оно может повлиять на другие компоненты в системе распределения. Трансформаторы PDU могут насыщаться, вызывая большой бросок тока при восстановлении напряжения и приводя к отключению выключателей. Кроме того, статические переключатели могут изменять состояние.
Гармоники. Системы ИБП с двойным преобразованием изолируют электрические сети и генераторы от гармоник нагрузки. При работе в экономичном режиме функция фильтрации отключается, и гармоники нагрузки могут передаваться непосредственно обратно в систему.
Тепловой удар: во время сбоя система передает нагрузку (большую, приложенную ступенчатую нагрузку) на инвертор, что приводит к тепловому удару в системе. Этот тепловой удар может привести к отказу электроники в тот момент, когда ИБП больше всего нужен.
Отказраспознавание отказов: при нормальной работе во время отказа ИБП переключается на байпас для дополнительной способности устранения неисправности, чтобы отключить нижестоящие защитные устройства. В эко-режиме ИБП может быть трудно определить, было ли падение напряжения результатом неисправности и потери входной мощности, а также была ли неисправность восходящей или нисходящей. Это может привести к переключению системы на инвертор во время неисправности, что продлит время устранения неисправности и подвергнет риску персонал и оборудование.

Расширенный эко-режим

Время переключения: когда инвертор уже запитан и включен, для включения инвертора не требуется времени. Нагрузка может быть плавно переведена на устройство накопления энергии при сбое энергоснабжения или в режим двойного преобразования, когда условия питания выходят за заданные пределы.
Независимая мощность: поскольку инвертор включен, нагрузка может быть плавно перенесена на инвертор. Любое колебание мощности, выходящее за установленные пределы, приведет к переключению нагрузки на кондиционированную мощность с двойным преобразованием.
Гармоники. Системы ИБП с двойным преобразованием изолируют электрические сети и генераторы от гармоник нагрузки. Поскольку инвертор подключен и задействован в системе в расширенном экономичном режиме, им можно управлять для поглощения и фильтрации тока гармоник, даже если он не несет нагрузки.

Заключительные мысли

Об авторе

Энергоэффективность вашего источника бесперебойного питания важна по двум важным причинам. Первая – это эксплуатационные расходы, а вторая связана со временем работы батареи ИБП в случае сбоя сетевого питания. В этой статье рассматриваются пять практических способов максимизировать энергоэффективность вашего ИБП.

Подбор источника питания ИБП и резервного аккумулятора

Большинство пользователей связывают энергоэффективность ИБП с эксплуатационными расходами, и это, безусловно, относится к решениям ИБП для центров обработки данных. Чем выше его операционная энергоэффективность, тем меньше количество энергии впустую. Экономия энергии с помощью ИБП также означает меньшую тепловую мощность и, следовательно, меньшую нагрузку на локальную систему охлаждения. Правильно подобранная система питания ИБП и профиль нагрузки также помогают поддерживать профиль нагрузки в оптимальном диапазоне.

В старой системе ИБП на основе трансформатора энергоэффективность может составлять всего 80-85% и в высоконагруженной системе. Это связано с тем, что в этом более старом типе источников бесперебойного питания профиль эффективности резко снижается, как только нагрузка становится менее 70-80% от номинальной мощности ИБП. В более современной конструкции системы ИБП даже при нагрузке всего 25 % можно достичь высокой эффективности работы. Использование модульной конструкции ИБП также помогает подобрать правильный размер, поскольку в этой высокоэффективной конструкции можно использовать «правильное» количество моделей ИБП для соответствия нагрузке и любым требованиям N+X.

Источники бесперебойного питания должны контролироваться по сети Ethernet/IP на наличие аварийных ситуаций. Непрерывный мониторинг системы ИБП может установить характер нагрузки с течением времени и предоставить достаточно времени для реагирования на проблемы, которые могут повлиять на энергоэффективность и эксплуатационную устойчивость ИБП. Два конкретных сигнала тревоги, которые могут указывать на энергоэффективность, включают:

Аварийные сигналы перегрузки и байпаса: если нагрузка, подключенная к источнику питания ИБП, превышает его номинальную мощность, будет выдан аварийный сигнал. Если перегрузка достаточно велика или возникла внутренняя неисправность, источник бесперебойного питания может перейти в режим байпаса.
Предупреждения о перегреве: могут указывать на отказ внутреннего вентилятора или на то, что вентиляция внутри и снаружи шкафа ИБП ограничена. Повышение внутренней температуры окружающей среды в долгосрочной перспективе может привести к повреждению компонентов, а также к необходимости запуска вентиляторов на более высоких скоростях.

Техническое обслуживание и плановые проверки ИБП

Регулярное техническое обслуживание систем ИБП имеет решающее значение для доступности и надежности источника бесперебойного питания и должно быть предусмотрено в бюджете при первой установке. Без регулярного технического обслуживания систем ИБП могут возникать внезапные сбои, более 80% из которых вызваны плохим обслуживанием аккумуляторной батареи. Каким бы сложным ни был ИБП, факт заключается в том, что источники бесперебойного питания содержат расходные материалы, которые требуют регулярной проверки для обеспечения оптимальной производительности, включая общую энергоэффективность ИБП. См. наш отдельный блог о важности регулярных проверок ИБП здесь.

Замена и ремонт батарей ИБП

Системы питания ИБП могут иметь срок службы от десяти до пятнадцати лет и более при условии, что устройство проходит регулярное ежегодное техническое обслуживание и циклический ремонт.

К источникам бесперебойного питания относятся «расходные материалы», которые требуют регулярного размещения и в течение расчетного срока службы. Аккумуляторы ИБП являются наиболее распространенным примером и обычно имеют свинцово-кислотный расчетный срок службы 5 или 10 лет, требуя замены примерно через 3-4 или 7-8 лет соответственно и при использовании в окружающей среде с температурой 20°C. Охлаждающие вентиляторы — еще один пример расходных материалов ИБП, которые также следует ежегодно проверять и заменять в соответствии с рекомендациями производителя вентиляторов.

Примерно через пять лет эксплуатации система ИБП должна быть рассмотрена для ремонта. Принцип работы здесь включает замену конденсаторов переменного и постоянного тока. Конденсаторы требуют замены, так как они могут высыхать, а их характеристики самовосстановления ослабляются до точки потенциального критического отказа. В конденсаторах используется легковоспламеняющийся полипропилен, и при высоких внутренних температурах они могут выйти из строя и вызвать возгорание внутри источника бесперебойного питания.

Если система питания вашего центра обработки данных эксплуатируется восьмой год и требует замены батареи ИБП. Возможно, стоит подумать о полной модернизации ИБП, а не о реконструкции, особенно если ваша устаревшая система основана на трансформаторе. Переход на бестрансформаторную модульную систему ИБП может привести к повышению энергоэффективности на 15–20 % и более в зависимости от процента нагрузки и поддерживаемого профиля.

Для получения дополнительной информации о любом из наших энергоэффективных продуктов или услуг в области ИБП, вы можете связаться с Kohler Uninterruptible Power через нашу контактную страницу или позвонить нам по телефону 0800 731 3269.

Системы ИБП обеспечивают подачу электроэнергии в центры обработки данных в случае отключения электроэнергии. Как правило, они используют батареи в качестве аварийного источника питания, который может работать от нескольких секунд до десятков минут — этого времени достаточно, чтобы либо аварийные генераторы включились, либо компьютерное оборудование было должным образом отключено. Они также «очищают» грязное питание, которое может повредить чувствительное электронное оборудование. (Это означает исправление провалов мощности, скачков напряжения и искажений частоты.)

Рисунок 1. Размеры систем ИБП могут варьироваться от небольших стоечных блоков мощностью всего один кВА (слева) до больших автономных моделей мощностью 1000 кВА и более (справа), которые взаимодействуют со стойками аккумуляторов (здесь не показаны). Изображение предоставлено Dell и Emerson Electric.

ИБП являются частью системы распределения электроэнергии в центре обработки данных, которая включает электроэнергию, поставляемую коммунальными службами или генераторами, распределительное устройство и трансформаторы здания, а также блоки распределения питания (PDU). Хотя их часто упускают из виду, потери в системе распределения электроэнергии могут составлять в среднем от 10% до 12% от общей энергии, потребляемой центром обработки данных. 1

Существует несколько способов экономии энергии с помощью ИБП.

Изучите свои требования к резервному питанию

Действительно ли вам нужны ИБП для всего оборудования серверной комнаты, и если да, то сколько их достаточно? Многие ИТ-приложения не настолько критичны, чтобы их нельзя было отключить в случае сбоя питания и перезапустить без неблагоприятных последствий. 2 Анализ ваших потребностей в резервном питании может помочь вам исключить капитальные затраты на ненужные или слишком большие системы ИБП. Это поможет вам сэкономить энергию, которая теряется при преобразовании энергии, а также энергию, используемую для охлаждения оборудования ИБП. Любая ИТ-нагрузка, требующая высокой надежности, должна быть кандидатом на перемещение в настоящий центр обработки данных, совместное размещение или облачное решение. Узнайте, как выбрать устойчивое совместное размещение.

Купить ИБП, сертифицированные ENERGY STAR

Обратитесь к своему поставщику ИБП за моделями ИБП, сертифицированными ENERGY STAR, которые могут снизить потери энергии на 30–55 %. Модели, отвечающие требованиям ENERGY STAR, производятся большинством ведущих производителей ИБП. Обычно они стоят и работают так же (или даже лучше), чем стандартные продукты, но они спроектированы и/или сконструированы так, чтобы экономить энергию.

Большая часть энергии, потребляемой ИБП, является результатом коммутационных потерь в инверторе и трансформаторах. Чтобы уменьшить эти потери, в энергосберегающих системах ИБП используется система управления питанием, которая точно контролирует каждый импульс цикла переключения, оптимизируя переключение инвертора для определенных типов и уровней нагрузки. Результирующие схемы переключения имеют наименьшие возможные потери и превосходят по эффективности системы старого типа с фиксированными схемами переключения. Кроме того, благодаря высокоэффективным трансформаторам системы ИБП могут обеспечить преимущество в общей эффективности на 2-3 % по сравнению с обычными ИБП с более низким КПД.

Используйте функции «Экономичный режим», где это возможно

Некоторые системы ИБП имеют «экономичный режим». Это широкий термин, используемый для описания любого режима работы ИБП, повышающего эффективность системы.Однако повышение эффективности связано с особым компромиссом между производительностью или надежностью, который зависит от поставщика. Во многих системах ИБП эко-режим является синонимом «режима байпаса», в котором система ИБП позволяет питанию от электросети обходить выпрямитель и инвертор и напрямую питать ИТ-нагрузку. В режиме байпаса потери в цепях инвертора/выпрямителя исключаются. Это может снизить затраты на электроэнергию в центре обработки данных на целых два-восемь процентов. 3 Тем не менее всегда полезно узнать у поставщика ИБП, подходит ли экономичный режим или режим байпаса для рабочих характеристик вашего объекта. В некоторых случаях эти высокоэффективные режимы можно использовать периодически — при подходящих условиях. (Например, когда качество электроэнергии позволяет, в некритические периоды работы центра обработки данных или когда отсутствуют известные факторы риска, такие как ураганы.)

Эксплуатация систем ИБП с высоким коэффициентом нагрузки

Новые энергоэффективные ИБП обычно имеют КПД от 92% до 95%. Однако ИБП не всегда работает так эффективно, как следует из его характеристик. Вместо этого его эффективность следует кривой, основанной на его «коэффициенте нагрузки» — какая часть его мощности используется. Если ИБП работает со 100-процентной мощностью, он будет работать настолько эффективно, насколько это возможно. Но если ИБП работает с меньшей мощностью, как почти все, уравнение меняется. Это связано с тем, что ИБП теряет энергию двумя способами – пропорционально и фиксированно. 4 Пропорциональные потери происходят в виде рассеивания тепла и напрямую связаны с величиной нагрузки. Однако фиксированные потери остаются постоянными независимо от того, какой ток проходит через ваш ИБП. Когда ИБП работает с частичной нагрузкой, постоянные потери оказывают более существенное влияние на его эффективность. Это особенно важно, если учесть, что большинство объектов используют свои ИБП менее чем на половину своей нагрузочной способности.

Эффективность обычно падает, когда нагрузка составляет менее 50 % от мощности ИБП, и существенно падает, когда она составляет менее 30 %. Для иллюстрации рассмотрим кривые эффективности двух разных систем ИБП на рис. 2 ниже. ИБП A имеет рейтинг эффективности 96 процентов, а ИБП B имеет рейтинг эффективности 94 процента. Однако при работе с нагрузкой ниже 50 процентов ИБП B на самом деле является более эффективной системой, несмотря на его более низкий рейтинг эффективности.

Рисунок 2. Кривые эффективности ИБП

Слабо загруженные системы ИБП, как правило, работают не очень эффективно, как показано на графике на рис. 2. Таким образом, повышение коэффициента нагрузки системы ИБП повышает эффективность. Как показано в приведенном ниже примере, работа двух систем ИБП мощностью 750 кВА при более высокой нагрузке более эффективна, чем работа двух систем по 1000 кВА при более низкой нагрузке.

Модульные системы ИБП повышают эффективность, поскольку позволяют увеличивать мощность (например, с шагом 10–50 кВА) пропорционально росту вашей ИТ-нагрузки. См. рис. 3. Эта уникальная функция позволяет операторам центров обработки данных добавлять достаточно мощности ИБП, чтобы справиться с ростом нагрузки, тем самым сохраняя высокий коэффициент загрузки ИБП.

Рисунок 3. Модульные системы ИБП могут расширяться в соответствии с вашей ИТ-нагрузкой. Это позволяет им работать с высоким коэффициентом нагрузки, что снижает энергопотребление.

Пример успеха: новые системы ИБП позволяют экономить энергию в центре обработки данных Exelon

За прошедшие годы Exelon внесла ряд усовершенствований в свой центр обработки данных в Джолиете, штат Иллинойс, но, возможно, ни одно улучшение не было более эффективным для повышения общей эффективности центра обработки данных, чем модернизация ИБП и систем распределения электроэнергии. Около пяти лет назад Joliet, центр обработки данных Tier II, эксплуатировал два ИБП Piller мощностью 1000 кВА параллельно. Эти большие системы ИБП были неэффективны, потому что они работали с таким низким коэффициентом нагрузки. Распределительный щит в то время также был неоптимальным, поскольку представлял собой единую точку отказа.

Сегодня центр обработки данных обслуживается четырьмя меньшими (750 кВА) модулями ИБП, сконфигурированными как две системы x 2N. Эта новая конфигурация ИБП предлагает полное резервирование (это означает, что в случае отказа одной системы ИБП резервная система ИБП может обеспечить все питание для критических нагрузок) и возможность наращивания мощности по мере роста потребностей. КПД отдельных ИБП превышает 90 %, поскольку они работают с высоким коэффициентом нагрузки. Мощность распределяется независимыми путями к парам PDU. Каждая пара PDU получает питание как минимум от двух модулей ИБП. Кроме того, на всех распределительных панелях установлено контрольное оборудование для измерения эффективности и производительности системы.

«Замена старых систем ИБП, вероятно, была нашей самой большой проблемой на пути к более эффективному объекту, — вспоминает Дом Ловино, менеджер Exelon Corp по эксплуатации центров обработки данных. «Но это также обеспечило один из самых больших выигрышей с точки зрения эффективности». Благодаря этим изменениям и нескольким другим повышениям эффективности (новые кондиционеры CRAC с приводами с регулируемой скоростью и двойными змеевиками, улучшения управления воздушным потоком и увеличение допустимых диапазонов температуры и влажности) показатель PUE центра обработки данных снизился с 1,96 до 1,146. Несмотря на то, что за последние пять лет вычислительная мощность увеличилась как минимум в 5 раз, общее энергопотребление в центре обработки данных Joliet практически не изменилось. Компания Exelon обратилась к Green Grid, DataCenter Dynamics, Uptime Institute и nlyte Software за помощью в определении и реализации мер по повышению энергоэффективности в центре обработки данных Joliet.

Экономия и расходы

Новые энергоэффективные ИБП обычно имеют КПД от 92 % до 95 %, в то время как более старые "устаревшие" модели могут иметь КПД менее 90 %. 5 (Система энергосбережения Eaton утверждает, что достигает эффективности 99 % при широком диапазоне нагрузок. 6 ) Эти значения показывают, какая часть исходной входящей электроэнергии используется для питания вашей ИТ-нагрузки по сравнению с объемом, потерянным для работы ИБП. Например, рейтинг эффективности 90 процентов означает, что 90 процентов исходной поступающей мощности питает вашу нагрузку, а 10 процентов теряется для работы ИБП. Имейте в виду, что эти показатели эффективности обычно предполагают, что система ИБП работает на 100 % своей нагрузочной способности, и эта эффективность снижается при более низких нагрузках.

ИБП, сертифицированный по стандарту ENERGY STAR, может сократить потери энергии на 30–55 % по сравнению со стандартной системой ИБП. Например, использование ИБП мощностью 1000 кВА в крупном центре обработки данных может сэкономить 18 000 долларов США в год.

По оценкам Министерства энергетики, центру обработки данных площадью 15 000 кв. футов, работающему при мощности 100 Вт на квадратный фут, ежегодно требуется 13 140 МВт-ч энергии для ИТ-оборудования. Если система ИБП, обеспечивающая эту мощность, повысит эффективность с 90% до 95%, годовой счет за электроэнергию сократится на 768 421 кВтч, что позволит сэкономить около 90 000 долларов США по тарифу 0,12 доллара США за кВтч. 7 Кроме того, снижение нагрузки на охлаждение приведет к значительной экономии энергии.

При работе в режиме байпаса системы ИБП могут снизить затраты на электроэнергию в центре обработки данных на 2–8 %. 8

Помимо прямых затрат на новую систему ИБП, затраты на установку могут включать время простоя центра обработки данных для изменения конфигурации электрических нагрузок, трудозатраты, связанные с демонтажем старого ИБП и развертыванием нового, а также расходы на утилизацию по окончании срока службы. для систем, которые не переназначаются.

Советы и соображения

Оценки эффективности не всегда точно отражают фактическую эффективность ИБП, поэтому попросите поставщика ИБП показать вам кривые эффективности, подобные рисунку 2 выше. Это поможет вам определить, какая система будет наиболее эффективной в вашем конкретном учреждении и приложении.

Посоветуйтесь со своим поставщиком ИБП, прежде чем активировать экономичный режим или режим байпаса, поскольку повышение эффективности связано с компромиссом между производительностью или надежностью.

Читайте также: