ИБП Centiel: инновационная технология и надежность «девять девяток»

Типовые модульные ИБП имеют свои «узкие места»: у них есть единые точки отказа и другие недостатки, снижающие надежность системы. В статье представлена инновационная технология DARA, основанная на распределенной архитектуре, то есть на принципе полной автономности каждого модуля ИБП. Объяснены особенности построения такой системы, показано, что модульные ИБП с технологией Centiel DARA отличаются высочайшей надежностью, требуют меньше времени на ремонт и гарантируют больший срок между отказами по сравнению с типовыми модульными ИБП.

Компания Centiel, г. Москва

скачать pdf >>

Оригинальная архитектура

Общеизвестно, что критически важные системы, такие как центры обработки данных (ЦОД), медицинское, банковское или промышленное оборудование, требуют резервирования электропитания. Сбой в работе таких систем недопустим, поскольку их отказ или простой сопряжены с серьезными финансовыми потерями и даже риском для жизни. В настоящее время для надежной защиты критических нагрузок часто применяют источники бесперебойного питания с двойным преобразованием напряжения, или онлайн-ИБП. Такой источник бесперебойного питания обеспечивает отсутствие сбоев в подаче электроэнергии, а следовательно, и надежность, безотказную работу защищаемого оборудования. Еще одна важная задача онлайн-ИБП – гарантировать максимальное качество электроэнергии, подаваемой на нагрузку.

Чтобы повысить гибкость и адаптивность онлайн-ИБП, их выпускают в модульном исполнении, сегодня это широко распространенное решение. В данном случае под модульным исполнением подразумеваются несколько блоков питания, установленных параллельно и дающих в сумме требуемую общую выходную мощность. Однако при этом модульность вовсе не означает отказоустойчивости, поскольку повышенная сложность конструкции способна увеличить число вероятных отказов.

Учитывая, что основной функцией ИБП является защита подключенной к нему нагрузки, крайне важно, чтобы процесс энергоснабжения проходил без помех и питание было доступно в любое время, без перебоев. Поэтому возникают два важных вопроса. Во‑первых, насколько велика вероятность того, что помехи в линии электропередачи достигнут нагрузки, а во‑вторых, насколько велика вероятность выхода из строя системы ИБП?

Отвечая на первый вопрос, отметим, что нагрузка, питаемая от байпасных ИБП, более чувствительна к низкому качеству питания и микроотключениям, чем нагрузка, питаемая от онлайн-ИБП с двойным преобразованием напряжения. Поэтому чем больше времени ИБП работает в режиме онлайн с двойным преобразованием, тем дольше будет обеспечена максимальная защита нагрузки. Решение о том, когда переключаться с онлайн-режима на байпас, когда снова переключаться на онлайн-режим или когда работать на батареях, зависит от качества питания. Однако часто не учитывается, что переключение также может зависеть от архитектуры ИБП и от того, как запрограммированы управляющие устройства.

В отличие от одного большого автономного ИБП, стойки, заполненные одинаковыми параллельными блоками питания, могут создать у пользователя впечатление, что в данной системе существует множество «аппаратных резервных копий» и нет единой точки отказа. Однако это не так. Большое количество блоков питания в модульном ИБП вовсе не гарантирует ни надежной защиты нагрузки, ни идеального качества электропитания.

Рассмотрим схему типового модульного ИБП на рис. 1. Большинство таких источников бесперебойного питания имеют несколько централизованных компонентов, которые представляют собой единую точку отказа, к их числу могут относиться байпас, логический контроллер или дисплей. Это означает, что модульная система ИБП с одним-единственным блоком управления в случае сбоя или неисправности центрального процессора вся выйдет из строя – точно так же, как и автономный ИБП. Проанализировав эту ситуацию, можно прийти к выводу, что единая точка отказа принципиально противоречит основной задаче ИБП, которая заключается в поддержании нагрузки и высокого качества питания.

Рис. 1. Схема типового модульного ИБП: на схеме видны блоки, общие для всей системы, способные стать единой точкой отказа

Наличие лишь одного процессора как в автономном, так и в типовом модульном ИБП угрожает надежности системы. Таким образом, тот высочайший уровень защиты, который требуется от ИБП в критически важных системах, может быть достигнут лишь за счет правильной архитектуры всей системы электропитания, а не за счет выбора оборудования.

Резервирование системы

Даже при наличии резервированной системы без единых точек отказа надежность отдельных модулей ИБП должна быть чрезвычайно высокой, а время ремонта – быстрым, чтобы снизить риск многократных отказов. Решением является создание избыточной мощности с помощью конфигурации N+N, однако если нужно обойти всю систему, чтобы заменить один модуль, то все еще существует значительный риск полной потери мощности из-за прерывания подачи переменного тока. «Горячая» замена позволяет отсоединить один модуль, поддерживая при этом всю систему ИБП в рабочем состоянии, но нужно, чтобы новый сменный модуль функционировал и был настроен правильно, чтобы избежать каких-либо «глюков» системы при переключении в онлайн-режиме.

Функция «горячей» замены значительно сокращает среднее время ремонта ИБП, так как требуется ремонтировать не всю систему, а только отдельные модули в случае отказа какого-либо компонента. При отказе централизованной системы пользователю потребуется проверить вcё устройство, если проблема связана с централизованным компонентом, а не с блоком питания.

Также следует отметить, что любая цепь без резервирования, взаимодействующая с каждым модулем в системе, может представлять собой единую точку отказа. Например, если существует общая линия связи, которая взаимодействует с каждым модулем, то управление и контроль всей системы могут быть нарушены в случае сбоя в централизованных цепях.

Таким образом, эффективная модульная система ИБП должна включать высоконадежные изделия в конфигурации N+N, не иметь единых точек отказа, обеспечивать комплексный мониторинг и быстрый ремонт.

Технология DARA – другой процесс принятия решений

Чтобы достичь «идеальной, истинно модульной», системы бесперебойного питания, компания Centiel SA («Сентиэ́ль») разработала инновационную технологию DARA, которая основана на распределенной архитектуре, то есть на принципе полной автономности каждого модуля ИБП. У каждого модуля свой собственный инвертор, статический байпас, логический контроллер, защита от обратного питания, зарядное устройство и панель управления (рис. 2). Технологию DARA компания применила в своей новой линейке продуктов CumulusPower™, которая в настоящее время включает ИБП мощностью от 10 кВт до 3,6 МВт, рассчитанные на время автономной работы от 10 до 30 минут.

Рис. 2. Архитектура модульного ИБП с технологией Centiel DARA: на схеме можно видеть внутреннюю изоляцию между функциональными блоками

Итак, что же необычного в этом подходе? В соответствии с новой архитектурой во время критического сбоя решение о передаче нагрузки принимают все блоки, что обеспечивает корректное управление нагрузкой. Иными словами, в случае отказа каждый модуль принимает решение о том, должна ли нагрузка оставаться на инверторе или необходимо передать ее на байпас. Передача нагрузки осуществляется в зависимости от решения, принятого большинством блоков. Модули оснащены всей необходимой аппаратурой (схемы питания и управления) и программами (сведения и мониторинг), что делает их полностью независимыми и способными безопасно изолироваться от многомодульной системы всякий раз, когда возникает внутренняя неисправность. Остальная часть многомодульной системы будет продолжать обеспечивать защищенное питание критической нагрузки без перебоев. Интеграция всего аппаратного и программного обеспечения в каждом модуле позволяет устранить все точечные отказы, которые способны поставить под угрозу систему и мощность нагрузки. Связь между логическими цепями модулей осуществляется с помощью резервного канала связи.

Рис. 3. Модульный ИБП Centiel CumulusPower: внешний вид

Рис. 4. Модуль ИБП CumulusPower: схема внутреннего устройства

Каждый модуль ИБП CumulusPower может получать питание от одной из двух трехфазных систем переменного тока (обычно это основной источник питания и резервный дизель-генератор), а также от батарей, которые могут быть общими для нескольких модулей или собственными для одного модуля (в этом случае они будут располагаться параллельно – с отдельной защитой, плавким и изолирующим выключателем для обеспечения отказоустойчивости). Общее напряжение батареи выбирается в зависимости от типа ее аккумуляторов: это могут быть свинцово‑кислотные батареи с предохранительным клапаном (VRLA), кадмиево‑никелевые или ионно-литиевые.

Вывод

Технология DARA предлагает как наличие полного резервирования, так и высочайшую надежность. Огромное преимущество данной технологии заключается в том, что с ней требуется меньше время для ремонта, так как предусмотрена возможность «горячей» замены модуля в случае отказа блока управления и не нужно переключать систему на байпас или на питание от батареи в случае отказа процессора. Также гарантирован более высокий промежуток времени между отказами, так как всегда существует резервная цепь, которая возьмет на себя управление в случае отказа.

Надежность технологии DARA – 99,9999999 % («девять девяток»), поскольку каждый модуль CumulusPower является полноценным ИБП, а не просто силовым модулем, связанным с процессором, как это предполагает типовая модульная архитектура.

Опубликовано_в журнале ИСУП № 2(86)_2020

Компания Centiel, г. Москва,
тел.: 8 (800) 505‑95,73,
e‑mail: info@centiel.ru,
сайт: centiel.ru