Nowe technologie gwarantowanego zasilania

Prezentujemy nowe technologie, które mogą zapewnić niezawodne zasilanie dla serwerów i centrów danych.

Systemy teleinformatyczne, tak jak i pozostałe grupy odbiorników są średnio kilkanaście razy w ciągu roku narażone na brak zasilania. Suma wszystkich przerw daje średnio w roku około 150 minut bez napięcia, co oznacza dostępność zasilania na poziomie ponad 99,9 %, który jednak dla wielu użytkowników nie jest satysfakcjonujący. Mimo, iż większość przerw jest krótkotrwała (czas ich trwania wynosi od kilku sekund do minuty) jednak i one mogą być przyczyną długotrwałej utraty dostępności systemu teleinformatycznego. W celu zabezpieczenia się przed skutkami zakłóceń sieci elektroenergetycznej stosuje się, więc złożone systemy zasilania gwarantowanego, których głównymi elementami są bezprzerwowe zasilacze UPS dla większości odbiorników i zasilacze stałoprądowe wymagane w niektórych aplikacjach telekomunikacyjnych. W przypadku konieczności uzyskania długich czasów autonomii (wynoszących zwykle powyżej godziny) w systemie zasilania dodatkowo instaluje się agregaty prądotwórcze.

W związku z coraz większym znaczeniem systemów teleinformatycznych jak i wzrostem kryterium konkurencyjności najważniejszym czynnikiem determinującym konieczność zabezpieczania się przed zakłóceniami zasilania, są rosnące koszty przestoju funkcjonowania organizacji. W miarę postępu technicznego i wzrostu wymagań stawianym systemom zasilania gwarantowanego wszystkie elementy wchodzące w ich skład tj. UPSy, siłownie prądu stałego, agregaty prądotwórcze, tak jak i inne rodzaje urządzeń podlegają ciągłemu rozwojowi.

Zobacz również:

Nowe technologie w zasilaczach UPS

Współczesne zasilacze UPS są skomplikowanymi urządzeniami energoelektronicznymi ze sterowaniem mikroprocesorowym na każdym poziomie przetwarzania energii. Chodź idea działania zasilaczy UPS nie zmieniła się w znaczący sposób od czasu jej powstania (lata siedemdziesiąte ubiegłego wieku) to dzięki udoskonalaniu układów przekształtników energoelektronicznych oraz systemów sterowania udało się producentom zasilaczy zwiększyć ich sprawność oraz niezawodność, a także zmniejszyć zarówno gabaryty jak i masę.

Nowe technologie gwarantowanego zasilania

Zmniejszenie gabarytów zasilaczy UPS na przestrzeni lat

Modyfikacje przekształtników energoelektronicznych dotyczą głównie zwiększenia częstotliwości pracy półprzewodnikowych układów przełączających, poprawie efektywności układów chłodzenia i w konsekwencji zwiększonego upakowania elementów. Współczesne zasilacze UPS dzięki tym modyfikacjom mają o kilkadziesiąt procent mniejsze gabaryty oraz znacznie niższy poziom zakłóceń wnoszonych do sieci (THD < 5 %). Nowoczesne zasilacze bezprzerwowe są wyposażone w układy korekcji współczynnika mocy co umożliwia lepsze wykorzystanie infrastruktury zasilania oraz aktywne filtry przeciwzakłóceniowe.

Większość obecnie produkowanych modeli UPS o mocach powyżej kilku kVA jest wyposażanych w elektroniczne układy obejścia (electronic bypass), które umożliwiają pracę w tzw. trybie obejściowym. Zasilanie poprzez tor obejściowy umożliwia zmniejszenie strat mocy gdyż energia dostarczana do odbiorników jest przesyłana z pominięciem układu przekształtnika, który pracuje w trybie jałowym i jest gotowy na przejęcie obciążenia w wypadku zakłócenia napięcia w sieci. W ostatnim okresie coraz większym zainteresowaniem cieszą się systemy zasilania zbudowane w konstrukcji modułowej, która umożliwia łatwe dopasowanie mocy do aktualnych wymagań serwerowni.

Jednym z najbardziej zawodnych elementów wchodzących w skład zasilaczy UPS w dalszym ciągu pozostają, pomimo zaawansowanych technologii wytwarzania zasobniki elektrochemiczne popularnie nazywane akumulatorami. Uszkodzenie nawet pojedynczego ogniwa akumulatora może skutkować wyłączeniem zasilacza i wystąpieniem przestoju całego systemu teleinformatycznego. Przebiegające w ich wnętrzu procesy erozji wpływają na zdolność magazynowania przez nie energii co stwarza konieczność monitorowania stanu poszczególnych ogniw, zarówno w kontekście poziomu napięcia jak i ilości zmagazynowanej w nich energii. W związku z tym wymaganiem w zasilaczach UPS implementowane są układy pozwalające na wcześniejsze wykrycie potencjalnych uszkodzeń akumulatorów.

Inną wadą akumulatorów jest duża masa i gabaryty co w przypadku systemów dużych mocy stwarza poważne trudności instalacyjne. Kolejną niedogodnością związaną z eksploatacją zasobników elektrochemicznych są wysokie wymagania dotyczące warunków pracy (np. temperatura pracy której wzrost powyżej wartości dopuszczalnej powoduje drastyczne skrócenie żywotności) oraz bezpieczeństwa użytkowania. Ponadto akumulatory mają stosunkowo krótki okres żywotności wynoszący przeważnie pomiędzy 3 a 5 lat (gdy żywotność samego zasilacza prognozuje się zwykle na ponad 20 lat) co powoduje konieczność ich wielokrotnej dość kosztownej i kłopotliwej wymiany w cyklu życia UPS.

Optymalizacja wydajności energetycznej

W związku z charakterystycznym dla współczesnego Data Center zmieniającym się w czasie obciążeniu wynikającym między innymi z szeroko stosowanej wirtualizacji, systemy zasilania gwarantowanego powinny posiadać zdolność do dopasowania się do tego typu wahań. W niektórych przypadkach obciążenie może bowiem w bardzo krótkim czasie przechodzić od niewielkich wartości do wartości bliskich pełnym obciążeniom. W sytuacji gdy system zasilania nie ma możliwości dostosowania się do tych zmian, znacznemu pogorszeniu ulegnie współczynnik efektywności energetycznej.

Główną przyczyną takiego stanu rzeczy jest fakt iż, że systemy UPS działają znacznie wydajniej przy obciążeniu bliskim poziomowi nominalnemu, ponieważ cześć strat generowanych przez zasilacz ma charakter stały czyli niezależny od wartości obciążenia. Wobec czego procentowy (względny) poziom strat rośnie wraz ze zmniejszaniem się obciążenia poniżej wartości znamionowej. W związku z powyższym UPSy pracujące przy obciążeniu bliskim nominalnemu zapewniają sprawność na poziomie maksymalnym czyli zwykle około 95%, ale już przy obciążeniu równym połowie wartości nominalnej wydajność energetyczna spada do poziomu poniżej 80 %.

Sposobem na zapewnienie efektywności jest instalacja systemu zasilania gwarantowanego złożonego z wielu urządzeń UPS (lub zasilacza zbudowanego z niezależnych modułów), które umożliwiają rozdzielanie obciążenia w zależności od aktualnych potrzeb. W celu zapewnienia możliwości sterowania wieloma urządzeniami UPS stosuje się systemy zarządzania modułami (VMM Virtual Machine Manager), umożliwiające optymalne dostosowywanie obciążenia poszczególnych zasilaczy bezprzerwowych w zależności od bieżącego zapotrzebowania na moc urządzeń zainstalowanych w serwerowni.

Systemy zarządzania tego typu są tak budowane i projektowane, aby wyłączać zbędne zasilacze które są utrzymywane w stanie gotowości (tzw. standby). Oprogramowanie nadzoru i zarządzania może włączyć UPSy (moduły), gdy zapotrzebowanie na energię ulegnie zwiększeniu i wyłączyć kiedy ulegnie zmniejszeniu. Dzięki zastosowaniu tego typu rozwiązania liczba pracujących urządzeń UPS zostanie dostosowana do aktualnego zapotrzebowania na energię, co w konsekwencji spowoduje, iż obciążenie urządzeń UPS będzie zoptymalizowane do wartości jak najbliższych poziomom nominalnych, co zwiększy ich wydajność.


TOP 200