Автор Блога BlogAdmin

13 минут потребуется на прочтение (2690 слов)
Выделенное 

Теория и практика построения высоконадежных пapaллeльныx систем бесперебойноrо питания на малых мощностях

Теория и практика построения высоконадежных пapaллeльныx систем бесперебойноrо питания на малых мощностях

 Статья опубликована в журнале СЕТИ И БИЗНЕС №1 (2) 2002  

В течении последних несколь­ких лет произошло сущест­венное обновление модель­ных рядов ИБП практичес­ки всех ведущих производи­телей. Появились устройст­ва, гарантирующие высокую надежность электропитания бла­годаря различным технологиям. Одна из них - «избыточная парал­лельная архитектура» (RPA - Redundant Parallel Architecture) - уникальная технология компании IМV для систем бесперебойного питания не только большой, но также малой и средней мощности. Такие ИБП решают сразу несколь­ко задач: позволяют поэтапно на­ращивать выходную мощность си­стемы при росте нагрузки и полу­чать уровень резервирования на­грузки по любой из известных схем: N+ 1, N+2 или N+ 3. ИБП серии LanPro (полное назва­ние Lan Protection само говорит о на­значении этого оборудования) обес­печивают защиту малых, средних и больших сетей обработки и передачи данных. Модельный ряд это следующие серии: LanPro-11 (табл. 1), LanPro-31 Т, а также LanPro-33 (табл. 2). Первая цифра для всех серий указы­вает на количество фаз на входе ИБП, вторая - на выходе. ИБП серии LanPro-31 Т по выходной мощности и основным характеристикам анало­гичны серии LanPro-11 и отличают­ся лишь трехфазным входным и од­нофазным выходным напряжением.

Источники могут работать как в режиме резервирования нагрузки, так и в параллельном режиме без резервирования благодаря техноло­гии RPA. Принцип построения параллельных систем, реализованный в ИБП серии LanPro (рис. 1), позволяет строить системы питания с макси­мально высокой степенью надеж­ности. В решениях LanPro отсутст­вует единая точка или модуль, выход из строя которых может привести к потере работоспособности системы в целом. Силовая часть во всех ИБП объединена по входу и выходу. Уп­равляющая часть каждого ИБП объединена в «кольцо» посредством высокоскоростной шины передачи данных - HSB (High Speed Bus ). Все ИБП этой системы работают как одно целое: отказ одного из моду­лей управления не влияет на надеж­ность системы управления, так как HSB при отказе или конфликте в системе управления одного из ИБП не размыкается, теряется только часть системы. В данном случае кольцевая схема синхронизации и децентрализованное управление обеспечивают максимальную на­дежность.
Модельный ряд серии LanPro-11
Модельный ряд серии LanPro-33

Теория nодтверждается практикой 

Если реализована система с ре­зервированием, то из такой систе­мы совершенно безболезненно мож­но изъять один ИБП, провести рег­ламентные работы, подключить его в систему, а затем изъять из системы следующий ИБП для аналогичной процедуры. Кроме того, подобные системы позволяют добиться мак­симальной эксплуатационной на­дежности и времени наработки на отказ (подробнее об этом - в статье «Оценка надежности систем гаран­тированного электроснабжения», «СиБ», № 1, 2001, стр. 40--46). Минимизация времени сервисного обслуживания, отсутствие, как та­кового, времени простоя при аварий­ной ситуации, гибкость подобной си­стемы - это еще ряд требований, которым соответствует избыточная па­раллельная архитектура. 

На практике до недавнего време­ни применялись в основном децен­трализованные системы гарантированного электроснабжения, которые предполагают установку и исполь­зование одиночных ИБП в диапазоне МОЩНОСТИ 300--3000 ВА. Одна из причин популярности таких реше­ний - простота: достаточно приоб­рести требуемое количество источни­ков, вставить кабель с вилкой в розет­ку и подключить к ним компьютер, сервер, и так далее ...

Однако даже в условиях удовле­творительного электроснабжения их применение далеко не всегда эф­фективно, тем более в неудовлетво­рительных условиях, особенно при решении защитить ответственных по­требителей, требующих гарантиро­ванной доступности электропита­ния 24 часа в сутки.
Параллельная система ИБП

​Для обеспечения высоких требований по надежности системы все ча­ще приобретается централизованный ИБП требуемой мощности. При по­ мощи SNМР-карты обеспечивается высокий уровень управляемости и гарантия надежного сохранения данных при долговременном отключе­нии. Например, в ночное время ИБП с помощью соответствующего программного обеспечения корректно «закроет» серверы с лобой операци­онной системой и включит питание после появления сети с заданной за­держкой для заряда батарей на слу­чай повторного отключения.

Принимая решение об установке централизованной системы элект­ропитания, следует учитывать возможную необходимость наращива­ния выходной мощности в будущем и требования по резервированию, если таковые ставятся изначально или вскоре могут возникнуть. Наи­более эффективным решением бу­дет установка на первом же этапе ИБП той мощности, которая необ­ходима на сегодняшний день, с воз­можностью параллельной работы. Будьте уверены, он решит все пере­численные выше задачи.
В предусмотренный дополни­тельный слот ИБП может быть уста­новлена RРА-карта, позволяющая подключить один или несколько дополнительных ИБП для работы на общую нагрузку. При этом общая выходная мощность системы увели­чивается пропорционально количе­ству параллельно включаемых ИБП. RРА-карта отвечает за синхрониза­цию каждого ИБП; ее имеет каждое устройство. В итоге все источники бесперебойного питания работают как единое и неделимое устройство.
Если проект предусматривает не­ сколько этапов реализации и на пер­вом из них параллельная система не развертьmается, то начальные за­траты все равно будут минимальны­ми и сведутся к стоимости лишь од­ного ИБП. Все дополнительные ус­тройства, существенно расширяю­щие возможности ИБП (RPA, SNМР-карты), можно приобрести по мере необходимости. За избы­точность или возможность наращи­вания мощности нет необходимости платить сразу, а «одиночный» ИБП без всех дополнительных устройств по стоимости не отличается от обыч­ного источника бесперебойного пи­тания без этих возможностей.

Несколько в одном или несколько рядом? 

​Сегодня существуют модульные системы с возможностью резерви­рования и наращивания выходной мощности, представляющие собой единое устройство, состоящее из от­дельных параллельных модулей по 3-4кВА. Параллельные системы, состоящие из нескольких отдельных ИБП, до недавнего времени имели только трехфазное подключение по входу и выходу. Мощности таких систем составляли от 40 кВА и выше. По­явившиеся на рынке параллельные решения от компании IМV наруши­ли эту традицию. Модельный ряд ИБП серии LanPro позволяет те­перь строить наращиваемые систе­мы мощностью от 3 кВА и обеспе­чивать различные варианты под­ключения. Если предпочтение от­дано максимальной надежности и установлена параллельная система с резервированием по схеме N+ 1, то при одинаковой выходной мощ­ности моноблочный вариант будет несколько дороже по сравнению с параллельно установленными ИБП. Кроме того, в любой момент из па­раллельной системы можно изъять один ИБП, обеспечивающий резер­вирование по схеме N+ 1, и устано­вить его в другом месте, в то время как моноблочный ИБП представля­ет собой неделимое целое. Систе­мы параллельных ИБП более гиб­ки в эксплуатации. Если вы не нуж­даетесь в наращивании выходной мощности или резервировании на­грузки, то и не платите за нее. Если она вам не нужна в модульных сис­темах, вы все равно платите за нее, такие системы дороги. 

Модульным системам присущи определенные недостатки: централизованная логика управления, несмотря на уровень ее резервирования (N+ 1 ); централизованный байпас - далеко не все производители модуль­ных систем учитывают децентрали­зованный байпас отдельных моду­лей системы (3-4 кВА); наличие цепи или модуля, выход из строя которого означает по­терю общей работоспособности си­стемы ( это цепи и схема управле­ния статического байпаса моноблоч­ного устройства); ограниченный диапазон мощностей ( 16-20 кВА). Таким образом, несмотря на воз­можность резервирования нагрузки по схеме N+ 1, N+ 2, N+ 3, модульные системы все же имеют общую точ­ку, при выходе из строя которой си­стема теряет работоспособность. Эта точка носит название Single Points of Failures.

Избыточная параллельная архи­тектура (RPA), предлагаемая ком­панией IМV, позволяет строить си­стемы без этой критичной точки - No Single Point of Failure. В параллельной системе на осно­ве LanPro децентрализованный ста­тический байпас содержится в каж­дом устройстве. Поэтому в случае выхода из строя байпаса одного из ИБП, «выпадает» лишь часть мощ­ности системы. Децентрализован­ная резервируемая управляющая ло­гика и кольцевая схема синхрониза­ции гарантируют в этом случае на­дежную работоспособность всей си­стемы. Кроме того, семейство LanPro обеспечивает более широ­кий диапазон мощностей, чем мо­дульные системы. Один только ряд LanPro 5-11 иLanPro 5-31Т перекры­вает по выходной мощности все су­ществующие модульные системы.
Убедиться в том, что рассужде­ния, приведенные выше, верны, нам позволило тестирование парал­лельной системы небольшой мощ­ности, а именно 12 кВА, построен­ной из двух источников беспере­бойного питания IМV LanPro 6-11, 6 кВА каждый. При этом нагрузка была сознательно выбрана такой, что имело место резервирование по схеме N+ 1. 
Структурная схема ИБП LanPro-11/31Т

Тестирование пapaллenьнoй системы 

В качестве объекта тестирова­ния была выбрана параллельная си­стема из двух ИБП IМV LanPro 6-11 мощностью 6 кВА каждый. Струк­турная схема ИБП LanPro-11/ЗlТ представлена на рис. 2.

Основная цель тестирования - исследование свойств параллельной системы. Поэтому эксперименты, которые касались общей проверки работы ИБП с двойным преобразо­ванием, в этом тестировании не про­ водились ( эти результаты см. в ста­тье «NetPro - NеtРrоблем», «СиБ», № 1, 2001, стр.47-49). Для постро­ения параллельной системы каж­дый из ИБП бьm оснащен дополни­тельной RРА-картой, а также SNМР­картой в одном из ИБП (для управ­ления системой). Выходы RРА-карт соединялись между собой специальным информационным кабелем.
Параллельная система испыты­валась в офисном помещении, со­держащем 7 рабочих станций с 15" мониторами. Для приближения ус­ловий тестирования к реальным бьm использован дополнительный экви­валент компьютерной нагрузки, что позволило довести загрузку систе­мы до 21 %. Максимальный уровень мощности нагрузки с сохранением резервирования N+ 1 в данном слу­чае может достигать 6 кВА.

Всегда интересный момент в тести­ровании системы - ее включение. В инструкции по эксплуатации на русском языке четко описана определен­ная последовательность инсталляции и запуска системы, требуемое сече­ние и минимальная длина подводя­щих кабелей, а также многое другое.

В результате инсталляции каж­дый из ИБП в системе получает по­рядковый номер, начиная с нулево­го, который отображается на ЖК­ дисплее на передней панели устрой­ства. Номера служат для распозна­вания устройствами друг друга при обмене информацией по HSB.
Имитируя некоторые возможные ситуации при эксплуатации подоб­ной системы, мы получили интерес­ные результаты. Первая часть эксперимента - от­ключение входного автомата одно­го из ИБП. Предположим, это бы­ла ошибка персонала. В результате такой манипуляции на передней панели LanPro появи­лось сообщение об этой ситуации - «Input Fuse Failure». Аналогичное сообщение было разослано также по локальной сети. Настройка про­граммного пакета PowerJump, при­мененного в этом случае, позволя­ет рассьmать такие сообщения опре­деленной группе пользователей. В результате отключения автома­та система потеряла степень резерви­рования, но нагрузка при этом продолжала работать от оставшегося ИБП. Такая ситуация возможна с ИБП, который имеет любой номер в системе - О, 1, 2 и т. д. После восста­новления соединения, то есть при включении автомата (устранения причины неисправности в условиях реальной эксплуатации), ИБП вновь синхронизируются и система восста­навливается в конфигурации N+ 1. Во второй части эксперимента имитировался выход из строя вход­ного предохранителя F2 ( см. рис. 1 ). При этом ИБП, в цепи которого бьm разомкнут предохранитель F2, сформировал сообщение «Input Bad», вышел из системы, отключив свой выход, и перешел в режим ожи­дания. Такая реакция естественна для параллельной системы с кон­ фигурацией N+ 1.
После того, как бьm разомкнут предохранитель F2, мы решили обес­точить систему полностью! Что же при этом наблюдалось? Первый ИБП сразу же перешел на работу от батарей, а второй ИБП, обесточен­ный ранее размыканием предохра­нителя F2, включился с небольшой (в несколько секунд) задержкой на синхронизацию с первым ИБП. Та­ким образом, обесточивание систе­мы восстановило конфигурацию N+ 1, но уже при работе ИБП от батарей. После восстановления «по­врежденного» предохранителя F2 и появления сети система вернулась в нормальный режим работы.
Форма напрюкения сети и тока нагрузки при непосредственном подключении нагрузки в сеть

При всех манипуляциях важная информация отображалась на рабо­чей станции администратора сети в виде сообщений, благодаря исполь­зованию пакета PowerJump с воз­можностью удаленного управления.

В третьей части тестирования бы­ли получены осциллограммы вход­ных и выходных токов, а также напря­жений. Для этого бьm применен ци­фровой двухканальный осциллограф Tektronix TDS210 (рис. 3) с модулем расширения ТDS200 и программное обеспечение Tektronix WaveStar.
Одной из основных задач ИБП, помимо обеспечения качественного и бесперебойного питания нагруз­ки, является корректировка коэф­фициента входной мощности, а, со­ответственно, и формы входного то­ка при импульсном характере по­требления нагрузки.
На первом этапе испытаний на­грузка бьmа подключена непосред­ственно к сети питания. Форма на­пряжения сети и тока нагрузки пред­ставлены на рис. 4.
На осциллограмме видно, что форма напряжения искажена; в дан-ном случае причиной является значительная доля компьютерной на­грузки в здании, где проводилось тестирование.
Далее нагрузка бьmа подключена к выходу параллельной системы. Осциллограммы входного напряжения и тока в ИБП приведены на рис. 5.
Осциллограмма выходного на­пряжения тестируемой системы и ток в нагрузке показаны на рис. 6.
На рис. 5 видно, что форма вход­ного тока системы намного ближе к синусоидальной, чем ток в нагруз­ке. Это свидетельствует о корректи­ровке системой входного коэффи­циента мощности. Форма напряже­ния на выходе также корректирует­ся, что характерно для ИБП с двой­ным преобразованием. Измерения показьmают, что коэффициенты гармоник на входе си­стемы по току - THD(I) - в 2,4 раза ниже, чем на ее выходе. В то же вря­мя коэффициент искажений напря­жения на выходе - THD(U) - в 2,2 раза ниже, чем на входе. Иными сло­вами, LanPro корректирует коэффи­циент входной мощности, обеспечи­вает качественное напряжение в на­грузке и отсутствие влияния нагруз­ки с импульсным потреблением на внешнюю сеть.

​Следует отметить, что в ИБП се­рии LanPro реализован «мягкий» старт для внешней сети и нагрузки. Первое обстоятельство снижает требования к сечению подводящих ка­белей системы и номиналам входных автоматов распределительных щитов. Этим создаются также вели­колепные условия для согласования системы с автономными генератор­ными установками. «Мягкий» старт для нагрузки исключает экстра-токи в нагрузке, что может существенно продлить ресурс компьютерных блоков питания.

Управление системой по SNMP или через WеЬ-интерфейс никаких сложностей не вызьmает, поскольку при мониторинге с помощью про­граммных пакетов PowerFlag или PowerJUMP, поставляемых в ком­плекте, система отображается как Paralell_system ( единое параллельное устройство). При помощи этого ПО можно осуществлять удаленный мо­ниторинг и управление системой. PowerJUМP интересен тем, что руси­фицирован и имеет возможность от­дельно конфигурировать реакцию системы на 25 событий. Появлению и завершению каждого из событий может соответствовать определен­ный скриm-файл (можно задать до 50 конфигураций скриmов ), кото­рый оповестит нужные службы и пер­сонал по SMS или e-mail, а также вы­полнит необходимые действия по уп­равлению системой.

© Торговые марки LanPro, SitePro, RPA, Powerlump, PowerFlag являются собствен­ностью компании GE Digital Energy IMV.

Испытания проведены при участии тестовой лаборатории журнала «Сети и бизнес».

Авторские права

© Журнал «Сети и бизнес» Сергей Твед

Обзор инвертора APSX750
Интервью Дмитрия Марьяновича изданию StereoVideo M...

Читайте также:

 

Комментарии

Нет созданных комментариев. Будь первым кто оставит комментарий.
Уже зарегистрированны? Войти на сайт
Гость
30.07.2021
Если вы хотите зарегистрироваться, пожалуйста заполните формы: Укажите ваше имя и Login пользователя.

Изображение капчи

BlogAdmin
17 Март 2021
Инсталляции
Посвящается: демагогии от главных инженеров, технических директоров, мастеров переговорного дела, директорам ведущих игроков рынка проектной дистрибьюции и системных интеграторов.T...
Просмотров: 8341
BlogAdmin
25 Март 2011
Как это работает
 После не однократного наблюдения в сети фрагментов моей статьи, без ссылки на авторов. А так же использования этих материалов во многих методических пособиях ВУЗ-ов на территории СНГ, меня посет...
Просмотров: 13971
BlogAdmin
01 Ноябрь 2019
Инсталляции
Как это работает
Все случается в первый раз. В начале 2000-х годов в практическом применении возникла задача: обеспечить защиту ИБП в условиях загрязнений в помещении, таких как повышенная запыленность, посторонние пр...
Просмотров: 14302
BlogAdmin
09 Февраль 2020
Инсталляции
Система бесперебойного электропитания пяти серверных стоек, оборудования видео наблюдения и инженерных систем. Состав системы: два источника бесперебойного электропитания 80кВА , 64кВт. Два батарейных...
Просмотров: 14025
BlogAdmin
07 Март 2020
Звуки музыки
StereoVideo & Multimedia, апрель 2015 года. Опубликовано интервью Дмитрия Марьяновича. Техно Блог публикует этот материал с разрешения редакции и самого Дмитрия.Дмитрий Марьянович среди специалист...
Просмотров: 13880
BlogAdmin
08 Март 2020
Как это работает
Стандартное решение при возникновении задачи обеспечения резервного электропитания любого объекта- это установка дизельной электростанции. Что же делать в случае если на объекте установка дизельной эл...
Просмотров: 13835