Comparaison des configurations de conception de système UPS

Il existe cinq principales configurations de conception de système UPS qui distribuent l'alimentation de la source de service d'un bâtiment aux charges critiques d'une salle serveur. La sélection de la configuration appropriée ou d'une combinaison de celles-ci pour une application particulière est déterminée par les besoins de disponibilité, la tolérance au risque, les types de charges dans la salle serveur.
Les cinq configurations, les avantages et les inconvénients de chacun sont discutés. L'impact sur la disponibilité est traité pour chaque configuration et des directives sont fournies pour choisir la conception appropriée.

Au fil du temps, de nombreux ingénieurs de conception ont essayé de créer la solution d'onduleur parfaite pour prendre en charge les charges critiques, et ces conceptions ont souvent des noms qui n'indiquent pas nécessairement où elles se situent dans le spectre de disponibilité. "Parallel redundant", "isolated redundant", "distributed redundant", "hot tie", "hot synch", "multiple parallel bus", "system plus system", "catcher systems" et "isolated parallel" sont des noms qui ont données aux différentes configurations d'onduleur UPS par les ingénieurs qui les ont conçues ou par les fabricants qui les ont créées. Le problème avec ces termes est qu'ils peuvent signifier différentes choses pour différentes personnes et peuvent être interprétés de différentes manières. Bien que les configurations d'onduleurs trouvées sur le marché aujourd'hui soient nombreuses et variées, il y en a cinq qui sont les plus couramment appliquées. Ces cinq comprennent : (1) la capacité, (2) redondant isolé, (3) redondant parallèle, (4) redondant distribué et (5) système plus système. Nous décrivons maintenant chacun d'entre eux.

Capacité ou "N"

Un système de capacité ou « N » est composé d'un seul module UPS ou d'un ensemble de modules en parallèle dont la capacité est adaptée à la projection de charge critique. Ce type de système est de loin la configuration la plus courante dans l'industrie des onduleurs. Le petit onduleur sous un bureau est une configuration N. De même, une grande salle informatique d'une capacité nominale de 400 kW est une configuration N, qu'elle ait un seul onduleur de 400 kW ou deux onduleurs de 200 kW en parallèle sur un bus commun. Une configuration N peut être considérée comme l'exigence minimale pour assurer la protection de la charge critique. La plupart des configurations de systèmes « N », en particulier inférieures à 100 kW, sont placées dans des bâtiments sans se soucier particulièrement de la configuration de l'ensemble des systèmes électriques du bâtiment. En général, les systèmes électriques des bâtiments sont conçus avec une configuration "N".

Configuration redondante isolée

Les configurations redondantes isolées sont parfois appelées système « N+1 », cependant, elles sont considérablement différentes d'une configuration redondante parallèle également appelée N+1. Le concept de conception redondante isolée ne nécessite pas de bus parallèle, ni que les modules doivent être de la même capacité, ou même du même fabricant. Dans cette configuration, il y a un module ASI principal ou "primaire" qui alimente normalement la charge. L'UPS "d'isolation" ou "secondaire" alimente le bypass statique du ou des modules UPS principaux. Cette configuration nécessite que le module ASI principal ait une entrée séparée pour le circuit de dérivation statique. C'est un moyen d'atteindre un niveau de redondance pour une configuration précédemment non redondante sans remplacer complètement l'onduleur existant.
Dans un scénario de fonctionnement normal, le module ASI principal supportera la charge critique complète et le module d'isolation sera complètement déchargé. Lors de tout événement où la charge du ou des modules principaux est transférée au bypass statique, le module d'isolation accepterait instantanément la pleine charge du module principal. Le module d'isolement doit être choisi avec soin pour s'assurer qu'il est capable d'assumer la charge aussi rapidement. Si ce n'est pas le cas, il peut, de lui-même, basculer en by-pass statique et ainsi mettre en échec la protection supplémentaire apportée par cette configuration. Les gains de fiabilité de cette configuration sont souvent compensés par la complexité de l'appareillage et des commandes associées.

Parallèle redondant ou "N+1"

Les configurations parallèles redondantes ou "N+1" permettent la panne d'un seul module ASI sans nécessiter le transfert de la charge critique vers la source de service. Cette configuration consiste à mettre en parallèle plusieurs modules ASI de même taille sur un bus de sortie commun. Le système est redondant N+1 si la quantité d'énergie « de réserve » est au moins égale à la capacité d'un module du système ; le système serait redondant N+2 si la puissance de réserve est égale à deux modules système ; et ainsi de suite. Les systèmes redondants parallèles nécessitent des modules UPS de capacité et de modèle identiques. La sortie des modules est synchronisée à l'aide d'une carte de mise en parallèle externe ou, dans certains cas, cette fonction est intégrée dans le module UPS lui-même. Dans certains cas, la fonction de mise en parallèle contrôle également la sortie de courant entre les modules. Il existe des maximums logiques pour le nombre de modules UPS pouvant être mis en parallèle sur un bus commun, et cette limite est différente pour différents fabricants d'UPS. Les modules UPS dans une conception redondante parallèle partagent la charge critique de manière égale dans des situations de fonctionnement normales. Lorsque l'un des modules est retiré du bus parallèle pour maintenance (ou s'il devait se retirer en raison d'une panne interne), les modules ASI restants doivent immédiatement accepter la charge du module ASI défaillant. Cette capacité permet à n'importe quel module d'être retiré du bus et d'être réparé sans qu'il soit nécessaire de connecter la charge critique à une alimentation directe. Les modules UPS dans une conception redondante parallèle partagent la charge critique de manière égale dans des situations de fonctionnement normales. Lorsque l'un des modules est retiré du bus parallèle pour maintenance (ou s'il devait se retirer en raison d'une panne interne), les modules ASI restants doivent immédiatement accepter la charge du module ASI défaillant. Cette capacité permet à n'importe quel module d'être retiré du bus et d'être réparé sans qu'il soit nécessaire de connecter la charge critique à une alimentation directe. Les modules UPS dans une conception redondante parallèle partagent la charge critique de manière égale dans des situations de fonctionnement normales. Lorsque l'un des modules est retiré du bus parallèle pour maintenance (ou s'il devait se retirer en raison d'une panne interne), les modules ASI restants doivent immédiatement accepter la charge du module ASI défaillant. Cette capacité permet à n'importe quel module d'être retiré du bus et d'être réparé sans qu'il soit nécessaire de connecter la charge critique à une alimentation directe.

Configuration redondante Distribuée

Les configurations redondantes distribuées, également appelées tri-redondantes, sont aujourd'hui couramment utilisées sur le marché des grands centres de données, en particulier au sein des organisations financières. Cette conception a été développée à la fin des années 1990 dans le but d'une société d'ingénierie de fournir les capacités d'une redondance complète sans les coûts associés à sa réalisation. La base de cette conception utilise trois modules UPS ou plus avec des alimentations d'entrée et de sortie indépendantes. Les bus de sortie indépendants sont connectés à la charge critique via plusieurs PDU. Dans certains cas, les STS "Static Transfer Systems" - Systèmes de Transfert Statique (STS) sont des commutateurs intelligents offrant une disponibilité accrue de l'alimentation, transférant automatiquement les charges vers des sources d'alimentation alternatives lorsque la source d'alimentation principale tombe en panne ou n'est pas disponible. Ils permettent une maintenance flexible du site assurant une haute disponibilité" sont également utilisés dans cette architecture. De l'entrée du service public à l'onduleur, une conception redondante distribuée et une conception système plus système (traitée dans la section suivante) sont assez similaires. Les deux permettent une maintenance simultanée et minimisent les points de défaillance uniques. La principale différence réside dans la quantité de modules UPS nécessaires pour fournir des chemins d'alimentation redondants à la charge critique et dans l'organisation de la distribution de l'UPS à la charge critique. Au fur et à mesure que l'exigence de charge, "N", augmente, les économies de quantité de modules UPS augmentent également. Dans l'ensemble, les systèmes redondants distribués sont généralement choisis pour les grandes installations de plusieurs mégawatts où la maintenance simultanée est une exigence et l'espace est limité. Les économies réalisées sur les modules UPS par rapport à une architecture 2N sont également à l'origine de cette configuration. les systèmes redondants distribués sont généralement choisis pour les grandes installations de plusieurs mégawatts où la maintenance simultanée est une exigence et l'espace est limité. Les économies réalisées sur les modules UPS par rapport à une architecture 2N sont également à l'origine de cette configuration. les systèmes redondants distribués sont généralement choisis pour les grandes installations de plusieurs mégawatts où la maintenance simultanée est une exigence et l'espace est limité. Les économies réalisées sur les modules UPS par rapport à une architecture 2N sont également à l'origine de cette configuration.

 

RPA - Architecture parallèle redondante

La technologie appelée Redundant Parallel Architecture (RPA) qui peut mettre en parallèle des modules d'alimentation sans coupure (UPS) avec une véritable redondance. Avec RPA, il n'y a pas besoin d'électronique externe ou de commutateurs pour contrôler les modules UPS dans le système parallèle. L'un des modules UPS du système assume arbitrairement le rôle de leader, tandis que les autres modules UPS ont accès à tous les paramètres de contrôle. Si un onduleur ne fonctionne pas, la charge est automatiquement redistribuée entre les autres. Si l'onduleur principal ne fonctionne pas, un autre onduleur prend automatiquement le rôle de leader. Les systèmes RPA sont conçus pour n'avoir aucun point de défaillance unique, garantissant le plus haut niveau de protection de l'alimentation pour les charges critiques.
- Caractéristiques et avantages
• La configuration RPA offre une redondance complète de tous les composants critiques ; permet la mise en parallèle de jusqu'à huit unités pour une capacité de charge accrue, et assure un excellent comportement dynamique basé sur le partage de charge de la tension de sortie. Cela offre une fiabilité et une disponibilité maximales pour les applications critiques.
• La conception modulaire permet des mises à niveau du système pour répondre aux futurs besoins en énergie sans interruption de la charge critique ni transfert vers la dérivation. • Facile à installer et à entretenir.
• La conception évolutive permet une utilisation efficace du capital.
• Le bus de données haute vitesse redondant et l'électronique de contrôle facilitent un processus de décision rapide avec une grande fiabilité.
• Architecture Peer-to-Peer où n'importe quel onduleur peut être le « chef de file logique » garantissant l'absence de points de défaillance uniques.
• Le démarrage progressif séquentiel (lors du rétablissement du secteur) évite le surclassement du générateur, la surchauffe du câble et des fusibles, et évite les perturbations électriques des autres charges connectées en entrée.
• Capacité Intelligent Energy Management (IEM) pour une utilisation optimale de l'énergie des modules UPS dans une configuration parallèle.

 

Module de synchronisation intelligent (ISM)

Pour les applications Système + Système (2N), le module ISM (Intelligent Synchronization Module) est utilisé pour synchroniser les sorties de deux modules ou de deux groupes d'onduleurs alimentés par des sources séparées et indépendantes. Cela permet aux deux systèmes d'être synchronisés pour la commutation en aval. L'ISM est une commande intelligente montée à l'extérieur du module UPS. Il a la capacité de sélectionner le système maître et peut également envoyer/recevoir des signaux permissifs à partir de périphériques en aval. De plus, l'ISM suit la même tradition que la RPA avec une redondance dans tous les composants critiques. L'ISM communique via des câbles de communication redondants et dispose d'options pour des alimentations électriques et des circuits de commande redondants..