Системы электропитания ЦОД

Проект построения системы электропитания ЦОД. Выполнено ИЦ ТЕЛЕКОМ-СЕРВИС

Дата-центр – большой и сложный комплекс, состоящий из нескольких подсистем с единым управлением. Для созданий условий для полной готовности вычислительных систем ЦОД и обеспечения его высокой отказоустойчивости в течение 24-х часов используются системы аварийного энергоснабжения.

В целях исключения сбоев в подаче электроэнергии и повышения надежности ЦОД производят дублирование основных серверов, оборудования и ИБП. Резервная система электропитания включается в критических аварийных ситуациях.

Система бесперебойного электроснабжения (СБЭ) – обязательный компонент инженерной инфраструктуры ЦОД, позволяющий отдельным подразделениям дата-центра и всему комплексу в целом функционировать без перебоев.

СБЭ включает системы основного и резервного электропитания на базе источников бесперебойного питания (ИБП). В случае аварии и отключения сетевого электропитания ЦОД переходит на аварийное питание. Система бесперебойного электроснабжения обеспечивает работу оборудования в автономном режиме, питание от аварийных генераторов и ИБП.

Как экономно подойти к задаче энергоснабжения на предприятии знают ведущие мировые производители. «ИЦ ТEЛЕКОМ-СЕРВИС» ведет проектирование систем энергоснабжения на объектах с жесткими требованиями: на территории ЦОД, в медицинских учреждениях, аэропортах, торгово-развлекательных комплексах. Мы предлагаем основные и резервируемые системы энергоснабжения от ведущих поставщиков: ABB, APC, Cummins, Eaton, Schneider Electric, Moeller, Legrand, Perkins, Volvo-Penta.

ИБП в структуре ЦОД и схемы электроснабжения

Основными критериями отбора ИБП для создания отказоустойчивых систем электроснабжения ЦОД являются высокая надежность, экономичность, резервирование мощности, уровень предоставляемой технической поддержки, наличие средств мониторинга ресурсов питания и системы охлаждения тепловыделяющих компонентов.

Создание систем резервирования с установкой ИБП помогает не только избежать перебоев в работе ЦОД, но и сократить число отказов оборудования за счет повышения качества электропитания. В ЦОД используется несколько схем резервирования. Для повешения надежности в СБЭ применяют метод резервирования, заключающийся в увеличении отказоустойчивости путем дублирования наиболее важных компонентов системы.

Проект ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ оборудования в серверной. Выполнено ИЦ ТЕЛЕКОМ-СЕРВИС

Уровни надежности ЦОД

Уровень надежности ЦОД классифицируется в соответствии со стандартом TIA-942 по возрастающей шкале Tier от I до IV. Так например, дата-центр второго уровня должен иметь систему электроснабжения с резервированием питания. Установка ИБП в этом случае является обязательной.

При параллельном питании задействуется несколько схем, включая схемы с общим байпасом и электронными коммутаторами питания. В подобных схемах нагрузка переводится на резервный ИБП в случае отказа основного при аварии или сбое в сети. При техническом обслуживании байпас обеспечивает питание оборудования дата-центра, минуя ИБП, что является важным требованием для систем высокой надежности.

Дата-центр IV уровня отличается самой высокой отказоустойчивостью. Электроснабжение в таком ЦОД создается по схеме двукратного резервирования с установкой не менее 4-х ИБП (по схеме N+1) и выше. 2N – система с полностью дублированными компонентами N для ЦОД Tier IV.

При этой схеме резервирования создаются две параллельные линии электропитания, равные по мощности.

Система с резервированием 2(N+1) также соответствует уровню защиты Tier IV, она применяется для ЦОД очень высокой надежности. В СБЭ в этом случае происходит дублирование подсистем, каждая из которых обладает избыточностью. Это позволяет исключить единую точку отказа при расширении инфраструктуры ЦОД.

On-line ИБП

Данная схема предохраняет серверное и сетевое оборудование от сбоев внешнего питания, снижает число аварий, обеспечивает корректную работу ИТ-инфраструктуры, защищает дата-центр от воздействий внешней среды, электромагнитных возмущений; способных повлиять на качество работы оборудования и микропроцессоров.

В этой схеме используются ИБП online топологии с двойным преобразованием энергии. Подобные ИБП соответствуют классу VFI, в котором выходные параметры не зависят от входной сети. Они имеют эталонные характеристики синусоидального напряжения на выходе и соответствуют основным критериям СБЭ ЦОД: надежности, непрерывности работы, качеству.

Монолитные и модульные оn-line ИБП для ЦОД

Главное отличие модульных ИБП в том, что уровень их выходной мощности зависит от совместной работы группы параллельно соединённых модулей. Каждый из модулей представляет собой полноценную силовую часть ИБП с собственными функциональными узлами и аппаратными средствами: выпрямитель, инвертор, зарядное устройство, управляющий процессор, ПО.

Модульные решения за счет децентрализованной архитектуры обладают большей гибкостью для моделирования, наращивания мощности путем подключения дополнительных модулей; подходят для оснащения масштабируемых ЦОД. Наращивание мощности моноблочной системы происходит за счет параллельного подключения ИБП и установки наличия специальной платы, при поломке которой питание переключается на входную сеть.

Коэффициент полезного действия (КПД)

Одна из важнейших характеристик системы бесперебойного электроснабжения – коэффициент полезного действия (КПД). Энергопотребление ИБП составляет заметную статью расходов. КПД ИБП лишь немногим превышает 90%, (для бестрансформаторных эта цифра составляет 95%, а для трансформаторных — 92%), особенно при неполной нагрузке, характерной для высокого уровня резервирования.

Остальная энергия рассеивается в виде тепла (для ИБП мощностью 100 кВА — это 3-8 кВт). Выбор ИБП с более высоким КПД даст заметную экономию электроэнергии.

Высокий КПД (от 93%) источника бесперебойного питания уменьшает потребляемую устройством полную мощность, что сокращает затраты на электроэнергию и увеличивает время автономной работы. Рост КПД снижает показатель тепловыделения и нагрузку на систему кондиционирования ЦОД. Даже незначительное увеличение КПД заметно уменьшает потребляемую полную мощность ИБП, тепловыделение, следовательно, сокращает затраты на систему кондиционирования.

Распределение показателей энергопотребления по отдельным системам ЦОД

• Системы вентиляции и кондиционирования, включая чиллеры, прецизионные кондиционеры -
• 50 %.Компьютеры и серверные стойки — 40-42%.
• Источники бесперебойного питания (ИБП) — 5-7 %.
• Светильники технологического освещения и датчики пожарной сигнализации — 3 %. 

Надежность и отказоустойчивость СБЭ дата-центра

Надежность системы бесперебойного энергоснабжения (СБЭ) ЦОД напрямую зависит от надежности самого ИБП и его компонентов: аккумуляторов, стабилизаторов, печатных плат. При отборе ИБП под проект энергоснабжения ЦОД стоит обращать внимание на репутацию торговой марки производителя.

Для повышения надежности ИБП с двойным преобразованием применяется статический байпас (резервирующий инвертор) и другие конструктивные решения — дублированные блоки питания для электроники ИБП, разделение и дублирование систем управления инвертором, выпрямителем и статическим байпасом. Для надежной работы полупроводниковых схем ИБП необходимо поддерживать оптимальный температурный режим. Важная функция — контроль работоспособности и возможность «горячей» замены батарей.

Современные средства мониторинга позволяют выполнять удаленное администрирование, следить за рабочим состоянием каждого отдельного ИБП по основным параметрам (входное и выходное напряжение, величина нагрузки, прогнозируемое время автономной работы) и системы электропитания в целом.

Как правильно рассчитать количество ИБП

При расчете оптимальной емкости СБЭ учитывается необходимое количество секций и блоков системы электропитания, подключенных устройств и установленного оборудования. Важно заложить потенциал наращивания для дальнейшего развития и масштабирования, что является основным критерием правильно спроектированной системы энергоснабжения и одним из критериев оптимального ЦОД.

Важным критерием выбора того или иного оборудования служит предполагаемый шаг дискретного увеличения мощности. Поэтому не стоит экономить на количестве ИБП в проекте энергоснабжения ЦОД. Необходимо разрабатывать схему СБЭ, которая отвечает заданным техническим критериям, а также учитывать необходимую «мощность по требованию». Экономия напрямую отразится на производительности и надежности всего вычислительного комплекса в целом.

Возможные убытки, вызванные выходом высокотехнологичного оборудования из строя и вынужденного простоя ЦОД, обойдутся гораздо дороже по сравнению с общими затратами на проект по построению надёжной резервируемой СБЭ.

Системы бесперебойного гарантированного электроснабжения (СБГЭ)

Еще одно требование к ИБП – поддержка совместной работы с дизель-генераторной установкой (ДГУ). Для многих ЦОД не допустимо даже кратковременное отключение серверов и вычислительных сетей. В таких случаях локальные ИБП первого уровня объединяется в единый комплекс с генераторными установками – систему бесперебойного гарантированного электроснабжения (СБГЭ).

Типы дизель-генераторов для центров обработки данных

Для повышения надежности системы электроснабжения ЦОД применяется резервирование ИБП и установка дизель-генераторов (ДГУ). При выборе ИБП для системы электропитания, оснащенной ДГУ, необходимо учитывать добавочную мощность в режиме заряда батарей.

Дизель-генераторные установки (ДГУ) с воздушной системой охлаждения двигателя относится к наименее мощным системам. Устройства этого типа можно рекомендовать для построения резервного электроснабжения небольших серверных помещений.

В ЦОД рекомендуется устанавливать более мощные дизели с жидкостным охлаждением, которые обеспечивают гарантированно высокий уровень мощности. Устройство этого типа представляет собой единый агрегат на стальной раме, включающий двигатель и генератор переменного тока.

Дизель-генераторы с жидкостным охлаждением отличаются высокой мощностью и надежностью, что незаменимо для бесперебойного питания крупных распределенных дата-центров. На такие типы установок распространяется длительная многолетняя гарантия производителя, что защитит ваши вложения в построение СБЭ.

Решения «все в одном»

Для создания комплексных систем защиты многие производители предлагают интегрированные продукты. Так, масштабируемые решения Liebert X-Treme (Emerson Network Power), InfraStruXure (APC), RimatriX5 (Rittal) объединяют в единой архитектуре системы охлаждения и электропитания, а также обеспечивают стабильную работу оборудования с разным уровнем тепловыделения.

Единые платформы охлаждения и электропитания удобны для ЦОД масштабируемой вычислительной мощности, в котором на разных этапах требуется энергоснабжение различной мощности. Многие крупные коммерческие ЦОД оснащаются едиными решениями, интегрированными с мощными средствами контроля и управления того же поставщика. Это удобно и позволяет обслуживать весь программно-аппаратный комплекс по одной программе сервисного обеспечения.

За дополнительной информацией обращайтесь к менеджерам
по телефону (495) 737-42-22 или пишите.