Добавь динамики! Высоконадежная система электропитания ЦОДа

15 Июня 2011

Александр Ласый, технический директор департамента интеллектуальных зданий компании КРОК

Введение
Для центров обработки данных (ЦОД) система электроснабжения является важнейшей составляющей, от нее во многом зависит непрерывная, безотказная работа ЦОДа. При проектировании этой системе следует уделять повышенное внимание.

Сложность проектирования заключается в том, что в ЦОДе имеется большое количество разноплановых потребителей. Они существенно различаются и по потребляемой мощности, и по характеру нагрузки (емкостная/индуктивная/активная), и по требовательности к непрерывности питания. Как следствие даже для небольшого ЦОДа система электропитания получается довольно громоздкой и сложной. Проектирование систем повышенной отказоустойчивости еще больше усложняет проект, поскольку построение резервных систем требует не только увеличения количества единиц оборудования в соответствии с выбранной схемой резервирования, но и разработки решений по их согласованной работе.

Схемы систем электропитания
Сейчас в России строится немало сооружений, называемых ЦОДами, которые имеют систему электроснабжения, соответствующую требованиям самого низкого, «базового» уровня готовности по классификации Uptime Institute (Tier I). Схема такой системы электропитания приведена на рис. 1. Подобные схемы организации электропитания явно не позволяют говорить о высоком уровне отказоустойчивости. Более того, плановые работы по сервисному обслуживанию частей системы требуют остановки всей системы.

Но в большинстве случаев все-таки строятся системы электропитания, соответствующие уровню Tier II или Tier III. Отличия этих схем в классическом исполнении показаны на рис. 2 и 3.
Для Tier II плановые работы по сервисному обслуживанию частей системы либо связаны с увеличением риска остановки системы в случае обслуживания ДГУ и ИБП, либо требуют плановой остановки системы, например, для обслуживания коммутирующего оборудования.

Рис. 1. Система электропитания базового уровня (Tier I)  

art4.jpg

Рис. 2. Система  электропитания Tier II

art5.jpg


Tier III требует резервирования активных и пассивных компонентов инфраструктуры, что означает наличие как основных, так и резервных систем распределения электропитания, охлаждения и т. д. Вычислительные системы инфраструктуры ЦОД должны продолжать работать непрерывно, при этом необходимо обеспечить возможность выполнения модернизации и плановых ремонтно-профилактических работ без остановки вычислительных ресурсов.

art6.jpg

Рис. 3. Система электропитания Tier III
                        
Tier IV предполагает полное резервирование всех систем, так что в системе нет единых точек отказа. При отказе любого единичного устройства система остается работоспособной и позволяет проводить любые эксплуатационно-ремонтные работы без остановки серверов. В мире всего несколько систем такого уровня отказоустойчивости. В России подобных систем на сегодняшний день нет, как нет, впрочем, и теоретической необходимости в достижении такого уровня отказоустойчивости.

Возможности дизельных динамических ИБП
Использование дизельных динамических ИБП (ДДИБП) в крупных ЦОДах  мощностью более 1–2 МВт позволяет существенно упростить и, в конечном счете, удешевить систему электропитания ЦОДа. Кроме того, это дает возможность реализовать достаточно простой переход системы электропитания от «базового» уровня готовности к отказоустойчивому. Схема системы электроснабжения уровня Tier III с применением ДДИБП приведена на рис. 4. Как говорится, «почувствуйте разницу».

Использование ДДИБП значительно упрощает систему коммутации, поскольку она практически нечувствительна к характеру подключаемой нагрузки, дает возможность перевести на бесперебойное питание системы, которые обычно полагается питать только от гарантированного источника. Это позволяет существенно снизить риски невосстановления систем после отключения питания, упростить системы коммутации, отказаться от систем плавного ввода нагрузки. Кроме того, применение ДДИБП значительно упрощает и удешевляет резервирование системы кондиционирования, так как обеспечивает ее бесперебойное питание.

art7.jpg

Рис. 4. Система электроснабжения с использованием ДДИБП уровня Tier III
            
С увеличением мощностей ЦОДов все больше внимания уделяется оценке их энергоэффективности. Даже небольшое, в единицы процентов, повышение энергопотребления выливается в десятки и сотни тысяч киловатт-часов электроэнергии и в миллионы рублей дополнительных затрат. Для крупных ЦОДов важную роль играет оценка не капитальных затрат на строительство (CAPEX), а совокупных затрат на владение (OPEX), которые зависят от стоимости эксплуатации выбранных решений и степени продуманности системы эксплуатации в процессе проектирования.

Применение ДДИБП на практике
Одним из примеров использования ДДИБП в ЦОДе стал проект компании КРОК с применением технологий HITEC Power Protection. В проекте была реализована полностью автономная по лучам схема подключения конечной нагрузки (см. рис. 4). Такая схема позволяет выполнять любые эксплуатационно-ремонтные работы без отключения нагрузки. От схемы уровня Tier III она отличается только отсутствием возможности обеспечить сразу два луча питания от одного агрегата при отказе другого, но это не оказывает существенного влияния на готовность системы в целом.
Использование ДДИБП позволило почти на 40% уменьшить площадь, занимаемую системой электроснабжения, и, соответственно, выделить больше места для размещения дополнительных серверных стоек. Таким образом,  пространство, выделенное под ЦОД, используется максимально эффективно. При этом ДДИБП компании HITEC Power Protection имеют ряд конструктивных особенностей, которые дают возможность значительно повысить отказоустойчивость системы. Это и резервирование системы запуска дизелей, и максимально простая система подачи горючего (самотеком), и запуск дизелей на «холостом ходу» с подключением к генератору только после выхода генератора на рабочие обороты.

Система электропитания с применением ДДИБП намного энергоэффективнее комплекса «статический ИБП + ДГУ». Реальный КПД ДДИБП в данном проекте при нагрузке в 50% составляет 93%, что практически недостижимо в традиционном комплексе «статический ИБП + ДГУ». При более высоких мощностях агрегатов КПД может достигать 98%. Кроме того, ДДИБП не нуждаются в системе кондиционирования, требуемой для ИБП с аккумуляторными батареями, как и в системе подогрева дизелей, необходимой для ДГУ: обогрев происходит за счет естественного нагрева обмоток, т. е. «потерь» генератора, который работает постоянно. Все идет «в дело», снижая энергозатраты «на собственные нужды».

Стоит отметить, что системы электропитания с применением ДДИБП экономически выгодно использовать при мощностях от 1 МВт и выше. При мощностях от 0,5 МВт до 1 МВт использование ДДИБП целесообразно только при необходимости достичь высоких коэффициентов готовности систем электропитания. При мощностях ниже 0,5 МВт начальные капитальные вложения неоправданно высокие и практически не окупаются в процессе эксплуатации.

Автор выражает благодарность компании HITEC Power Protection за предоставленные материалы.

Источник:
Журнал Connect! Мир Связи

Все публикации

Видео


Интеллектуальное здание: от строительства до эксплуатации

Калькулятор по мини-ТЭС
Своя энергия —
— свои тарифы!
Рассчитать