Новости
Предлагаем ознакомиться с полезными статьями

Доступность как функция архитектуры ИБП

Доступность как функция архитектуры ИБП

Для обеспечения надежного и бесперебойного электропитания используется система бесперебойного питания (ИБП), которая служит запасным источником питания, когда основной источник отсутствует или выходит из строя. Чтобы обеспечить наивысший уровень качества электропитания и сохранять безопасность нагрузки, необходимо избегать прямого подключения ИБП к источнику электропитания, чтобы избежать рисков для нагрузки.

Оценка уровня надежности, обеспечиваемой ИБП, осуществляется с использованием метрики "Доступность мощности". Она измеряет долю времени, в течение которого система функционирует в соответствии с ожидаемым периодом службы, и может быть представлена в виде показателя MTBF / MTBF + MTTR. Значение MTBF означает среднее время до отказа, а MTTR - среднее время на восстановление. Это указывает, будет ли ИБП работать в нужное время.

На сегодняшний день на рынке существует много различных систем ИБП, каждая из которых может иметь свою структуру и архитектуру. Как и со строительством корабля, структура ИБП должна быть разработана архитектором таким образом, чтобы обеспечить максимальную долговечность и надежность в работе поддержки безопасного электропитания для нагрузки наибольшей частью времени.

Понимание архитектуры ИБП важно, поскольку она напрямую связана с доступной мощностью оборудования, которое будет подключено. В данной статье речь пойдет об основных пяти архитектурах ИБП верхнего уровня, которые не используют трансформаторы, и об их влиянии на доступность электроэнергии. Однако, архитектура внутренних преобразователей мощности и ее влияние на доступность будет описано в другой статье.

5 основных архитектур ИБП верхнего уровня:

Автономная архитектура

Автономная архитектура

Архитектура автономных ИБП содержит все типичные компоненты ИБП, такие как внутренний статический байпас, переключатель сервисного байпаса, инвертор, выпрямитель и логику управления. Каждый из этих элементов играет важную роль в обеспечении непрерывного поступления чистой энергии. Однако, хотя большой срок службы (MTBF) может быть достигнут, используя компоненты высокого качества, на самом деле каждый компонент все еще может быть единой точкой отказа, что приводит к потенциальным рискам: если один из компонентов откажет, вся система ИБП остановится.

С одним автономным ИБП резервирование невозможно. Для создания системы с резервированием необходимо установить второй автономный ИБП. Хотя стоимость одного автономного ИБП уже достаточно высока, добавление еще одного БП значительно увеличит стоимость системы.

Если возникают проблемы с одним автономным ИБП, необходимо отключить всю систему, а нагрузку переключить на основное питание, что повышает риск полного отключения. Для тех, кто питается от сети, нагрузка становится уязвимой. В этом случае среднее время восстановления (MTTR) достаточно велико, а уровень доступности значительно падает. Поэтому системы ИБП наиболее подходят для приложений, которые могут принять риски, связанные с переключением на основную сеть, а также не требуют высокого уровня доступности.

 Автономный ИБП с модулями без горячей замены

Был разработан автономный ИБП, оснащенный фиксированными модулями. Каждый фиксированный модуль может содержать такие компоненты, как выпрямитель и инвертор, сохраняя при этом многие другие компоненты, такие как статический байпас, общая логика управления для всей системой ИБП.

Эта архитектура, если она настроена правильно, может ввести уровень избыточности в силовые части, что полезно для повышения доступности. Тем не менее, по-прежнему существует несколько единых точек отказа, которые сокращают время наработки на отказ.

Если требуется ремонт или техническое обслуживание, поскольку модули не могут быть заменены в горячем режиме, ИБП необходимо будет переключить на ремонтный байпас или внутренний статический байпас для решения проблемы. Переключение на байпас означает, что нагрузка подключена к питающей сети и не защищена. Ремонт также требует времени, поэтому среднее время восстановления (MTTR) велико, а это значительно снижает доступность.

Модульная централизованная архитектура

Улучшенная версия ИБП - модульный централизованный ИБП, который является следующим шагом в развитии по сравнению с автономной системой. Одна из главных преимуществ данной архитектуры заключается в использовании избыточных модулей, которые обеспечивают большую надежность работы системы. Эти модули можно заменять "на ходу", без необходимости переключения на сервисный байпас. Такой подход значительно повышает производительность системы и сокращает время восстановления в случае отказа силового модуля, что обеспечивает высокую доступность.

Тем не менее, даже в модульном централизованном ИБП есть отдельные точки отказа. Все еще присутствует централизованная логика управления, которая принимает решения для всей системы, а также единственный централизованный байпас и канал связи. Если возникнет проблема с любым из этих компонентов, система может оказаться недоступной.

Модульная децентрализованная архитектура

Каждый модуль этого ИБП содержит в себе все необходимые компоненты, такие как выпрямитель, инвертор, статический байпас и логику управления, которые повышают надежность системы, избегая отказов в единичных точках. Предоставляемая архитектура повышает уровень доступности энергопитания, сокращая простои до 31,5 секунд в год и обеспечивая системам уровень доступности шести девяток.

Хотя модули в ИБП могут заменяться в работающей системе, имеется главный модуль, который через свою логику управления принимает решения для всей системы. Линии связи между модулями не являются избыточными, и статические байпасы, хотя децентрализованные, также не являются избыточными. В случае, если статический байпас в модуле выходит из строя, вся система переключается на статический байпас, что может привести к созданию единичной точки отказа, склонной к возникновению проблем при воздействии на систему напряжения электросети.

Следует учитывать, что при замене модулей отсутствует возможность избежать ошибок, вызванных человеческим фактором. В случае, когда технический специалист работает под давлением, реагируя на неисправность модуля, он не может определить проблемные зоны и протестировать заменяемые модули в работающей системе.

Каждый модуль также содержит байпасные предохранители, однако при коротком замыкании на выходе время восстановления (MTTR) может быть выше. Короткие замыкания на выходе представляют серьезную проблему в системах ИБП.

Модульная распределенная архитектура

Архитектура ИБП полностью распределена. Каждый модуль содержит выпрямитель, инвертор, статический байпас и логику управления. Никакой модуль не является единой точкой принятия решений для всей системы. Вместо этого происходит распределенное принятие решений для предотвращения единой точки отказа логики.

Статический байпас распределен и избыточен. Если какая-либо часть системы выходит из строя, он автоматически изолируется. Нагрузка поддерживается другими модулями, обеспечивая непрерывную работу. Линии связи имеют встроенное резервирование, поэтому, если одна линия выходит из строя, связь все равно продолжает работать через ИБП.

Новая возможность безопасной горячей замены уменьшает возможность человеческих ошибок. Это означает, что при замене модуля специалист может безопасно отключить его от нагрузки, используя параллельный изолятор. Другие модули продолжат обеспечивать нагрузку на инвертор, пока техник не закончит тестирование замененного модуля. Эта функция обновления прошивки также не требует переключения на ручной байпас. В отличие от функции горячей замены, риск ошибки специалиста или неисправности модуля не приведет к отключению всей нагрузки. Это позволяет распределенной модульной архитектуре ИБП обеспечивать высокую доступность с минимальным временем простоя в год до 0,0315 секунды.

Распределенная и децентрализованная модульная архитектура

Наша распределенная архитектура, которую мы называем "истинно модульной", не имеет единичных точек отказа и каждый компонент резервируется, что снижает вероятность человеческой ошибки до минимума.

Цель ИБП заключается в обеспечении стабильной защиты, чистого напряжения и источника питания в случае аварий. Для систем электроснабжения, которые являются критически важными и требуют максимального уровня готовности, не рекомендуется переключать ИБП на прямую сеть, так как это может создать риск для нагрузки. Распределенный модульный ИБП обеспечивает постоянную защиту питания и является более предпочтительным вариантом для критических установок. Такой подход сокращает риск человеческой ошибки и время восстановления после отказа (MTTR), увеличивает среднее время безотказной работы и обеспечивает максимально возможную доступность.

CumulusPowerTM от Centiel - это пример распределенного модульного ИБП, который предлагает самую высокую защиту нагрузки на рынке с доступностью 99,9999999% (девять девяток), что на практике означает всего несколько миллисекунд простоя в год. CumulusPowerTM успешно устанавливается в центрах обработки данных и комнатах связи уже более чем в 60 странах на пяти континентах.

Gerardo Lecuona

Gerardo Lecuona

Соучредитель и директор по глобальным продажам

CENTIEL SA

Вернуться к списку новостей