Оригинальная архитектура

Общепризнанно, что критически важные системы, такие как центрах обработки данных, на промышленных площадках, а также в банковских и медицинских учреждениях – нуждаются в электрической резервной копии для предотвращения сбоя питания. Последствия отказа этих критических систем в противном случае могут обернуться серьезными финансовыми потерями или, возможно, даже риском для жизни. ИБП с «двойным преобразованием» в режиме онлайн (источник бесперебойного питания) – это обычное решение для резервного электропитания в этих условиях, и его основная цель это защита нагрузки. Назначение ИБП заключается в том, чтобы обеспечить отсутствие перебоев в подаче электроэнергии и, следовательно, обеспечить высокую доступность или «бесперебойную работу» защищаемого оборудования. Дополнительным преимуществом и назначением онлайнового ИБП с двойным преобразованием является минимизация нарушений качества электроэнергии, подаваемой на нагрузку.

По соображениям гибкости и адаптируемости стало обычным делом появление на рынке систем ИБП в режиме онлайн, которые позиционируются как «модульные». В этом контексте «модульный» означает, что несколько блоков питания размещены и подключены параллельно для достижения требуемой спецификацией полной выходной мощности. Модульность в этом случае, однако, не обязательно означает отказоустойчивость, поскольку повышенная сложность модульного решения может привести к более высокой общей частоте отказов.

Учитывая, что основная функция ИБП заключается в защите подключенной к нему нагрузки, крайне важно, чтобы источник энергии был свободен от помех и чтобы источник питания был доступен постоянно, без перерывов.

Поэтому два вопроса становятся важными. Во-первых, какова вероятность того, что помехи в линии электропередачи достигнут нагрузки, и, во-вторых, насколько высока вероятность отказа системы ИБП?

Чтобы ответить на первый вопрос, мы можем предположить, что нагрузки, питаемые байпасными источниками питания, менее подвержены влиянию низкого качества электроэнергии и микроотключениям по сравнению с нагрузками, питаемыми от онлайновых ИБП с двойным преобразованием. Соответственно для них, максимальное увеличение времени работы ИБП в режиме двойного преобразования в режиме онлайн имеет решающее значение для обеспечения максимальной защиты нагрузки. Решение о том, когда переключаться с двойного преобразования в режим онлайн на байпас, когда переключаться обратно на двойное преобразование или когда нужно работать от батарей, зависит от качества электроэнергии. Но часто не учитывается то, что это также может зависеть от архитектуры ИБП и от того, как запрограммированы устройства управления.

По сравнению с одним большим автономным (моноблочным) ИБП наличие стоек, заполненных одинаковыми параллельными модулями питания, может дать определенному специалисту и конечному пользователю некоторую уверенность в том, что существует множество «аппаратных резервных копий» и нет единой точки отказа. Однако наличие большего количества модулей питания не обязательно гарантирует высочайшую производительность с точки зрения управления питанием ИБП и защиты нагрузки.

Наиболее типичные модульные ИБП имеют несколько уникальных и централизованных компонентов, которые представляют единую точку отказа, такую как байпас, логика управления или дисплей. Это означает, что в модульной системе ИБП с одним единым блоком управления в случае сбоя или неисправности ЦП вся система выйдет из строя, как и в одном моноблочном ИБП. Если вы отступите и проанализируете тему полностью, вы можете сделать вывод, что одна точка отказа в корне противоречит основной цели ИБП, то есть поддержке.

Даже в случае резервированных систем без единой точки отказа надежность отдельного модуля ИБП должна быть чрезвычайно высокой, а время ремонта должно быть быстрым, чтобы риск множественных отказов был достаточно низким, чтобы соответствовать требованиям доступности системы. Наличие избыточной мощности в резервированной конфигурации «N + N» может является решением, но если вся систему необходимо переключить на общий байпас, чтобы можно было заменить один модуль, тогда все еще существует значительный риск полной потери мощности от источника переменного тока в случае прерывания питания. «Горячая замена» поддерживает работу системы ИБП с отключенным одним модулем ИБП, но при этом должна быть высокая уверенность в том, что новый сменный модуль функционирует и настроен правильно, чтобы избежать «системного» сбоя системы при его подключении к сети.

Горячая замена всего модуля ИБП означает, что MTTR (среднее время восстановления) значительно сокращается, поскольку нет необходимости восстанавливать систему, а только отдельные модули в случае отказа какого-либо компонента.

Единственный уникальный процессор в автономном и типичном модульном ИБП представляет угрозу для надежности системы. Следовательно, требуемый уровень защиты, который требуется для ИБП, может быть достигнут только посредством общей архитектуры электрической системы, а не путем выбора одного элемента оборудования.

В случае централизованных систем пользователю потребуется обойти весь блок, если проблема связана с централизованным компонентом, не связанным с силовым модулем.

Дополнительное соображение заключается в том, что любая отдельная не избыточная схема, взаимодействующая с каждым модулем в системе, может представлять одну точку отказа. Например, если есть общая линия связи, которая взаимодействует с каждым модулем, управление и мониторинг всей системы могут быть поставлены под угрозу в случае сбоя в централизованных цепях.

Таким образом, эффективная модульная система ИБП должна включать высоконадежные продукты в конфигурации N + N с гарантированной устойчивостью к сбоям в одной точке, всесторонним мониторингом и быстрым временем ремонта.

Чтобы создать «идеальную, по-настоящему модульную» систему ИБП, Centiel SA разработала свою технологию DARA – распределенную архитектуру активного резервирования – которая используется с линейкой продуктов CumulusPower. Технология основана на принципе «распределенного» каждого модуля, то есть полностью автономного с собственным инвертором, блоком статического байпаса, программным обеспечением / логикой управления, защитой от обратной подачи, зарядным устройством и панелью управления (см. Модульную архитектуру DARA в диаграмма ниже).

Итак, что же такого необычного в этом подходе? Во-первых, распределенная архитектура с активным резервированием достигается с помощью «демократичной» функции принятия решения о передаче большинства нагрузок, которая в случае критического сбоя обеспечит правильное управление нагрузкой. В случае критического сбоя каждый модуль с помощью своей логической схемы принимает решение о том, должна ли нагрузка оставаться на преобразователе или передаваться в байпас. Передача нагрузки будет осуществляться в зависимости от решения, принятого большинством модулей. Модули оснащены всем аппаратным обеспечением (схемы питания и управления) и всеми программными функциями (интеллект и мониторинг), которые делают их полностью независимыми и способными безопасно изолировать себя от многомодульной системы при возникновении внутренней неисправности. Остальная часть многомодульной системы будет продолжать обеспечивать защищенное питание критической нагрузки без перерывов. Интеграция всего аппаратного и программного обеспечения в каждом модуле позволяет исключить все отдельные точки отказа, которые могут поставить под угрозу систему и мощность нагрузки. Связь между логическими схемами модулей осуществляется с помощью резервной коммуникационной шины.

На этом графике показано сравнение между типичной «модульной» системой с очевидными единичными точками отказа и подходом Centiel DARA, где можно увидеть внутреннюю изоляцию между функциональными блоками.

Каждый модуль ИБП CumulusPower может получать питание от одного из двух трехфазных входов переменного тока, как правило, от основного источника питания и резервного питания дизель-генератора, а также от батарей, которые могут быть общими для нескольких модулей или для одного модуля , но не менее двух параллельных цепочек с отдельной защитой, предохранителем и изолирующим выключателем для обеспечения отказоустойчивости). Общее напряжение аккумуляторной батареи является гибким и выбирается пользователем (30-50 в линейке), использующих свинцово-кислотные батареи (VRLA) или, опционально, никель-кадмиевые или литий-ионные аккумуляторы.

Подход DARA предлагает как повышенную избыточность, так и высочайшую доступность благодаря своим «по-настоящему модульным» возможностям. Прелесть распределенной архитектуры состоит в том, что она предлагает уменьшенный MTTR (среднее время восстановления), поскольку можно выполнить горячую замену модуля в случае отказа блока управления, и нет необходимости переключать систему в обход или заряд батареи в случае выхода из строя процессора. Он также предлагает высокий MTBF (среднее время между сбоями), так как всегда есть резервная схема, которая вступит во работу в случае отказа.

Этот подход также обеспечивает наивысшую доступность, при этом достигается высокая в отрасли доступность 99,99999999 «Девяти девяток», поскольку, по сути, каждый модуль CumulusPower является самостоятельным комплектным ИБП, а не просто силовым модулем, связанным с центральным процессором, как обычно используется в модульной архитектуре.