Резервирование систем бесперебойного питания

Современные ИБП, особенно модульной конструкции, обладают высокой надежностью и отказоустойчивостью. Тем не менее, для ответственной нагрузки как ИТ-инфраструктура и центры обработки данных (ЦОД) применяется резервирование системы бесперебойного питания, чтобы обеспечить высокий уровень доступности цифровой инфраструктуры.

Ниже рассмотрим преимущества и недостатки основных схем резервирования ИБП.

Резервирование N+1

Эта схема резервирования реализуется добавлением одного или более резервного элемента. На рисунке ниже приведен пример для нагрузки 200 кВт, питание которой обеспечивается двумя ИБП по 100 кВт каждый, а третий ИБП выступает в качестве резерва на случай выхода из строя или отключения основных для обслуживания.

Резервирование N+1

Для повышения надежности могут применяться схемы N+x, где х – число резервных элементов системы. Например, увеличение количества резервных элементов до двух не только повышает надежность, но и гарантирует резервирование, даже если один ИБП отключен для проведения технического обслуживания.

В процессе проектирования выбирается оптимальная схема деления по мощности на один элемент исходя из его стоимости, общей мощности системы и необходимого количества резервных элементов. Как правило, оптимальное соотношение это один резервный элемент на четыре работающих.

Схема резервирования N+x проста в реализации и эксплуатации, позволяет легко добавлять резервные элементы и масштабировать систему по мере роста нагрузки.

Резервирование 2N и 2(N+1)

2N резервирование подразумевает полное дублирование всех элементов системы, каждый ИБП такой системы может полностью принять на себя всю нагрузку. Для повышения отказоустойчивости они могут размещаться в разных помещениях.

Резервирование 2N

Дополнительно могут выделяться резервные элементы в каждой системе для реализации схемы 2(N+1) для чего зачастую применяются модульные ИБП с резервным силовым модулем.

Резервирование по схеме 2N повышает уровень надежности по сравнению с N+x, исключает единую точку отказа и обеспечивает возможность обслуживания системы без отключения нагрузки. Но при этом уровень загрузки ИБП не превышает 50%, что снижает эффективность его эксплуатации.

Дробное резервирование 3N/2 (4N/3, 5N/4 и др.)

Использование дробных или распределенных схем резервирования обеспечивает две независимые линии электропитания нагрузки как у 2N, но при этом повышает уровень загрузки ИБП. Для реализации дробного резервирования нагрузка разделяется на сегменты, каждый из которых питается от разных ИБП. Например, схема 3N/2 включает три системы бесперебойного питания снабжающих электроэнергией по два сегмента нагрузки.

Резервирование 3N/2

Затраты на ИБП в схеме резервирования 3N/2 находятся на уровне резервирования N+x, но по надежности они сопоставимы с 2N. Возможна реализация более сложных схем 4N/3, 5N/4 для повышения загрузки одного элемента, но при этом растут затраты на прокладку кабельной линии, а также необходим мониторинг электропитания по каждому лучу чтобы исключить каскадное отключение системы.

Сравнение схем резервирования

Для комплексного сравнения схем резервирования необходимо учесть, что ИБП как любой другой силовой преобразователь достигает максимального КПД в определенном диапазоне нагрузки. Как правило, это 50-70% от его номинальной мощности.

Как показано в таблице ниже, с точки зрения как капитальных, так и эксплуатационных затрат преимущества имеют дробные схемы резервирования с минимальными затратами на оборудование и высокой загрузкой элемента.

Таким образом, несмотря на большую сложность в реализации и эксплуатации дробное резервирование может обеспечить высокую эффективность инфраструктуры ЦОД.

Преимущества схем резервирования на модульных ИБП

Применение модульных ИБП дает ряд существенных преимуществ в реализации резервирования. Так, в нашем примере для поддержки ИТ-нагрузки 200 кВт систему бесперебойного питания с резервированием по схеме N + 1 можно построить на основе одного ИБП с пятью силовыми модулями 50 кВт. При этом установленная мощность составит 250 кВт, а загрузка модулей – 80%.

Модульный ИБП с резервированием N+1

Кроме того, возможно дальнейшее масштабирование или повышение уровня резервирования до схемы N+2 путем простого добавления модулей в установленный кабинет ИБП, тогда как для моноблоков потребуется установка еще одного ИБП и соответственно дополнительное место, расходы на его подключение и пр. Единственный недостаток работы с одним модульным аппаратом – невозможность разнести его по разным помещениям.

Этот недостаток устраняется при реализации схемы 2(N + 1) на модульных ИБП. В примере, приведенном ниже, используются два таких ИБП с пятью 50 кВт модулями в каждом.

Модульный ИБП с резервированием 2(N+1)

Также к преимуществам модульных ИБП можно отнести возможность планирования инвестиций в инфраструктуру. Их конструкция допускает добавление силовых модулей по мере роста нагрузки, при этом система бесперебойного питания будет постоянно находиться оптимальном диапазоне нагрузки.

Таким образом, объединение преимуществ модульных ИБП как резервирование и простое масштабирование с дробными схемами резервирования открывает большие возможности по сокращение капитальных и эксплуатационных расходов ЦОД.