Nowoczesny UPS w serwerowni

Zasilacz UPS nie jest tylko skrzynką z gniazdem zasilającym, do którego podłącza się serwer. Producenci podwyższyli sprawność zasilaczy i integrują je z infrastrukturą zarządzania serwerownią.

W centrach przetwarzania danych, gdzie komputery zużywają bardzo duże ilości energii elektrycznej i jednocześnie wymagają niezawodnego zasilania, od dawna stosuje się modułowe w konfiguracji N+1. Konstrukcja zakłada wyposażenie zasilacza w dostosowaną do obciążenia liczbę modułów dostarczających napięcie i dodatkowo jednego rezerwowego, który zapewni odporność na awarie. Przy większych mocach to technologia z wyboru, gdyż jest o wiele tańsza od zestawu dwóch zasilaczy, z których każdy może samodzielnie przejąć obciążenie całej infrastruktury, a zapewnia wystarczającą ochronę nawet w przypadku awarii urządzeń.

Niektórzy producenci idą jednak znacznie dalej, opracowując zasilacze i moduły, które do swojej pracy nie wymagają dodatkowego połączenia, poza doprowadzeniem zasilania do systemu dystrybucji mocy. Konfiguracje wielomodułowe pracujące równolegle bez komunikacji między modułami (Hot Sync) oferuje firma Eaton. Pozwalają one wyeliminować pojedynczy systemowy punkt awarii, typowy dla tradycyjnych konfiguracji równoległych. W ten sposób można także stworzyć instalacje równoległe N+x z czterech zasilaczy (czyli maksymalnie osiem modułów) dzielących między siebie obciążenie o znaczeniu krytycznym.

Ładowanie akumulatorów

Zasilacze awaryjne przechowują zapas energii w akumulatorach. Przy urządzeniach małej mocy są to najczęściej kwasowe akumulatory ołowiowe bezobsługowe. Ponieważ w takich ogniwach występuje zjawisko samorozładowania, musi mieć układ ładowania akumulatorów, który uzupełnia niedobór energii i jednocześnie przeprowadza ładowanie konserwacyjne, utrzymujące ogniwa w pełnej sprawności. Standardowe ładowanie akumulatora polega na ładowaniu go znamionowym prądem do uzyskania wymaganego stopnia naładowania, po czym następuje przejście na niewielki prąd konserwujący. Niektóre zasilacze stosują stałe ładowanie niewielkim prądem (trickle charging). Z upływem czasu bardzo długotrwałe ładowanie niewielkim prądem powoduje rozkład substancji chemicznych w akumulatorze, co powoduje skrócenie jego żywotności (nawet o 50%). Optymalna technika ładowania, która składa się z trzech etapów, znacznie wydłuża okres użytecznej eksploatacji akumulatorów zasilacza, ale wymaga wyposażenia urządzenia w precyzyjną kontrolę stanu naładowania akumulatora oraz kontrolę prądu ładowania. W ten sposób jednak, dzięki analizie charakterystyki ładowania akumulatora, można również z pewnym wyprzedzeniem wykryć zużycie ogniw.

Wyłączenie i załączenie wybranych gniazd

W mniejszych serwerowniach, gdzie nie występuje osobna infrastruktura dystrybucji energii, serwery są wprost podłączane do wyjść z zasilacza UPS. Chociaż wydaje się to mniej elastyczne, odpowiednio połączone serwery i zasilacze umożliwiają niezależne sterowanie zasilaniem dla różnych grup maszyn. W przypadku awarii zasilania oprogramowanie może minimalizować zużycie energii, wyłączając usługi o niskim znaczeniu. W środowisku wirtualizowanym integracja oprogramowania zarządzającego zasilaniem z narzędziami zarządzania wirtualizacją umożliwia wcześniejsze zatrzymanie maszyn wirtualnych o niskim priorytecie, przeniesienie tych ważniejszych do serwerów oznaczonych jako krytyczne, a następnie wyłączenie części serwerów hostujących. Ponieważ można wyłączyć mniej ważne urządzenia, wydłuża się czas podtrzymania bateryjnego dostępnego dla urządzeń o znaczeniu krytycznym. W tym czasie zostaje uruchomiony agregat prądotwórczy, który dostarczy prądu do pracy podstawowych systemów infrastruktury.

Po przywróceniu podstawowego zasilania oprogramowanie może załączać zasilanie w odpowiedniej kolejności, by uruchomienie pozostałych elementów infrastruktury odbyło się w sposób zgodny z założeniami. Jest to o tyle ważne, że uruchomienie serwerów oraz urządzeń storage powinno odbywać się we właściwej kolejności. Ponadto niektóre urządzenia mają znacznie większe zapotrzebowanie na energię podczas startu niż w stanie ustalonym, zatem uruchamianie sekwencyjne skutkuje obciążeniem o mniejszym prądzie szczytowym.

Wysoka sprawność

Najbezpieczniejszym rozwiązaniem jest true on line, w którym prąd z sieci energetycznej zasila falownik w sposób buforowy, jednocześnie ładując akumulatory. Rozwiązanie zapewnia całkowitą separację napięcia wyjściowego od fluktuacji i zakłóceń z sieci zasilającej, jednak ceną jest nie najlepsza sprawność takiego zasilacza. Ponieważ przez większość czasu zasilacz UPS pracuje przy dostępnym zasilaniu sieciowym, o wiele sprawniejsza będzie opcja, w której odbiornik pobiera prąd z sieci, ale w przypadku wykrycia jakichkolwiek zakłóceń przechodzi na pracę z użyciem przekształtników. Czas przejścia zazwyczaj nie przekracza dwóch milisekund i nie powoduje powstawania zakłóceń dla odbiorników energii. Takie rozwiązanie ma jeszcze jedną zaletę w stosunku do zasilaczy true on line - jego sprawność praktycznie nie zależy od obciążenia w typowym zakresie pracy.


IBM Think Digital Summit Poland, 16-17 września 2020
TOP 200