Модульный ИБП и резерв N+1 для ЦОД

Модульный ИБП — это шкаф, в который вставляют силовые модули, как блоки питания в сервер. Мощность набирают их числом, отказавший модуль меняют на ходу, а один лишний модуль даёт резерв N+1. Для ЦОД это стало стандартом: нагрузка растёт поэтапно, а остановка недопустима. Разберём, как это устроено и как посчитать конфигурацию.

Как устроен модульный ИБП

В шкафу стоят:

силовые модули — в каждом выпрямитель, инвертор и зарядное устройство, то есть это полноценный ИБП небольшой мощности;
модуль статического байпаса — переключает нагрузку на сеть при перегрузке или аварии;
модуль управления — координирует работу модулей и связь с мониторингом;
общая шина постоянного тока — к ней подключают внешний батарейный шкаф.

Модули работают параллельно и делят нагрузку поровну. У Kehua MR33 силовые модули бывают на 30, 50 и 100 кВА/кВт, модуль на 100 кВт занимает 3U, а шкаф на 1,2 МВт стоит на площади 1,2 м². У ABSolite MODA модули на 10, 20 и 25 кВА высотой 2U, на 50 и 60 кВА и на 100 кВА высотой 3U.

Горячая замена

Главное свойство модульного ИБП — ремонт без остановки. У Kehua MR33 горячей заменой меняют силовые модули, модуль байпаса и дублированные платы управления; производитель отмечает, что это делает сервисный персонал без специальных инструментов. У ABSolite горячая замена модулей заявлена для MODA на модулях 100 кВА и для стоечных MODA-R на модулях 50–60 кВА.

Система ещё и предупреждает заранее: MR33 сообщает о скором износе конденсаторов и вентиляторов, чтобы модуль сняли до отказа.

Что такое N+1

N — число модулей, которых хватает для нагрузки. N+1 — на один модуль больше. В нормальном режиме все модули работают вместе с недогрузом. Если один откажет, оставшиеся N держат нагрузку без перехода на байпас, а неисправный модуль меняют, не останавливая ИБП.

У Kehua MR33 одноранговая параллельная работа с резервом N+1 прописана в документации производителя. У ABSolite MODA производитель пишет о резерве N+X: резервных модулей может быть больше одного.

Как посчитать модули

Порядок такой.

Нагрузка в киловаттах — по замеру или паспортному потреблению оборудования.
Требуемая мощность — нагрузка, делённая на 0,8: ИБП не загружают больше чем на 80 %.
N — требуемая мощность, делённая на мощность модуля и округлённая вверх.
Плюс один резервный модуль.

Пример. Нагрузка ЦОД — 160 кВт. Требуемая мощность — 160 / 0,8 = 200 кВА. При модулях по 50 кВА N = 4, с резервом — 5 модулей, 250 кВА в шкафу. В нормальном режиме каждый модуль нагружен на 32 кВт из 50, то есть на 64 %. При отказе одного остальные четыре несут по 40 кВт — 80 %, ровно на границе запаса.

Для того же примера можно взять модули по 100 кВА: N = 2, с резервом 3. Модулей меньше, но резервный модуль крупнее: в шкафу 300 кВА при нагрузке 160 кВт. Мелкие модули дают более точную конфигурацию, крупные — меньше узлов.

Рост нагрузки

Шкаф модульного ИБП выбирают с пустыми слотами: сегодня в нём пять модулей, через год семь, и ИБП менять не нужно. Модели Kehua MR33 идут от 120 до 1600 кВА, ABSolite MODA — до 1200 кВА; шкафы MODA на модулях 100 кВА объединяют до четырёх в параллель.

При малой нагрузке у MR33 работает «спящий режим»: часть модулей отключается, а система по очереди меняет спящие и работающие, чтобы наработка была равной. Это держит КПД при недогрузе — частая ситуация в первые месяцы работы ЦОД.

N+1 или 2N

N+1 защищает от отказа модуля, но не от отказа шкафа целиком, щита или кабельной линии. Для ЦОД высокого уровня надёжности строят 2N: две независимые системы ИБП, каждая способна нести всю нагрузку, а серверы питаются от обеих через два блока питания. Это вдвое больше оборудования и площади, поэтому выбор между N+1 и 2N — решение проектировщика под требования к доступности. Kehua Myria поддерживает синхронизацию для схем 2N.

КПД и тепло

Каждый процент КПД в ЦОД — это мегаватт-часы электроэнергии и тепло, которое снимают кондиционеры. У MR33 средний КПД в двойном преобразовании — до 97,2 %, с модулями PLUS — до 98,1 %. Полную мощность шкаф держит до +40 °C, со снижением мощности — до +55 °C.

Батареи для модульного ИБП

Модульный ИБП работает с внешним батарейным шкафом. Kehua MR33 поддерживает свинцово-кислотные батареи и литиевую систему S3, ABSolite MODA — литиевые шкафы Smart Li. У ABSolite есть и вариант со встроенными батареями: MODA MSP на 20–150 кВА, где батарейные модули стоят в том же шкафу.

С чего начать

Соберите нагрузку по стойкам, решите, нужен ли резерв N+1, и выберите размещение «модульный шкаф» в конструкторе. Он посчитает требуемую мощность и покажет модели Kehua MR33 и ABSolite MODA рядом. Обзор модульных серий — на странице модульных ИБП для ЦОД.