Schneider Electric начала 2017 год с серьезного продуктового запуска — компания представила расширение линейки трехфазных ИБП серии Galaxy V моделями Galaxy VX мощностью 1000, 1250 и 1500 кВт с возможностью параллельной работы и роста до 4 МВт.

Серия Galaxy VX предназначена для крупных дата-центров, а также для промышленных применений — на производствах с техническим процессом, который критичен к перебоям электроэнергии. При разработке данной модели ИБП, были приняты во внимание желания заказчиков по снижению рисков при эксплуатации, снижению капитальных расходов и оптимизации общей стоимости владения. При этом никаким из этих требований нельзя было пожертвовать и было необходимо достичь результатов сразу по всем направлениям.

Разработка ИБП Galaxy VX началась первоначально с разработки новой платформы Galaxy V, на базе которой будут строиться все трехфазные ИБП Schneider Electric средней и большой мощности. При этом были проведены серьезные инвестиции в R&D, оптимизация бизнес-процессов, использованы инновационные системы тестирования, позволяющие ускорить разработку аппаратных и программных частей ИБП и промоделировать правильность реакции системы управления ИБП при различных получаемых сигналах от разных подсистем изделия. Простой пример — при появлении безтрансформаторных ИБП как тренда в развитии отрасли систем бесперебойного питания (и сейчас уже являющейся стандартом) производители трансформаторных ИБП пугали неискушенного пользователя вероятностью появления на выходе ИБП некой постоянной составляющей с батарей в силу мифического отказа. Проверить реакцию системы управления ИБП на подобный отказ — удобней и безопасней на симуляторе, нежели чем на реальном ИБП. В принципе системы автоматизированного тестирования программного обеспечения стандартны для серьезных разработчиков, подобные системы тестирования на базе программно-аппаратных решений для отладки части архитектуры ИБП автору ранее не встречались.

Основное отличие новой серии Galaxy VX от предыдущей Galaxy VM, предназначенной для защиты средних ЦОДов, состоит в увеличенной мощности устройства и соответственно нацеленности на крупные ЦОДы и промышленные предприятия. В остальном в новой серии применяются уже хорошо зарекомендовавшие себя решения, характерные для предыдущей серии Galaxy VM. Оба ИБП состоят из силовых шкафов (с силовыми модулями, модулем выпрямителя и зарядного устройства, модулем управления) и подключаемого к ним шкафа ввода вывода. В Galaxy VX силовые модули все одной мощности, равной 42кВА (42кВт) — максимального технологически возможного значения в данном форм-факторе и архитектуре на сегодняшний день, в отличие от Galaxy VM, где в одном фрейме используются модули различной меньшей мощности в зависимости выходной мощности ИБП. Таким образом, выходной коэффициент мощности Galaxy у VX равен 1,0 в то время как в серии VM он составляет 0,9.

Наличие отдельного шкафа ввода-вывода, с одной стороны, увеличивает занимаемую площадь, но несет несомненные плюсы при инсталляции: когда помещение не подготовлено и не окончены строительные работы (что типично в том числе и для России), подключение кабелей к обычным ИБП требует их распаковки и вероятность попадания внутрь строительной пыли очень высока.

Для семейства Galaxy V" на этапе подключения распаковывается лишь шкаф ввода-вывода, в который заводятся все внешние кабели — грязное и чистое питание, кабели от батарей.

В шкафу отсутствует чуствительная силовая электроника — есть только шины для подключения контактора для защиты от обратных токов.

Все это вкупе с с большим внутренним пространством и возможностью непосредственно на месте инсталляции определиться с жела- емым подводом кабелей — сверху или снизу, делать два ввода по питанию или один позволяет обес- печить удобство и гибкость при подключении и минимизировать веро- ятность отказов, связан ных с влиянием челове ческого фактора.

Еще одним кирпичиком для увеличения надежности, является архитектура четырехуровневого инвертора. По данным производителей полупроводниковых компонентов, количество отказов транзисторов напрямую связано с тем, в каком режиме они работают: чем больше температура эксплуатации и больше переключаемое напряжение к номиналу, тем больше вероятность отказа, при этом данная зависимость нелинейна. Собственно говоря, бестрансформаторные ИБП появились так как полупроводниковая промышленность смогла предложить транзисторы с бОльшим рабочим напряжением, что позволило использовать более высокое напряжение на шине постоянного тока (батарейной) и отказаться от повышающего трансформатора в составе инвертора. «Уровневость» инвертора определяет, какую часть напряжения с шины постоянного тока переключают транзисторы инвертора — для четырехуровнего инвертора это значение 33% (в трехуровневом для сравнения это 50%). Учитывая нелинейность зависимости количества отказов от переключаемого напряжения, кроме серьезного увеличения надежности (на порядок) по сравнению с 3-уровневым инвертором дополнительно уменьшаются габариты вспомогательных элементов (индуктивностей фильтров, и т. д.) и увеличивается КПД решения.

Для изменяющейся мощности нагрузки Galaxy VX соответствует особенно полно благодаря своим возможностям масштабирования: наращивание происходит с шагом 250 кВт (мощность одного силового шкафа), что позволяет заказчикам в полной мере обеспечить соответствие мощности нагрузки с мощностью ИБП. Благодаря продуманной технологии шинных соединений между всеми шкафами наращивание происходит довольно быстро (силами сервисных специалистов), при этом полноценно реализуется принцип «pay-as-you-grow» (оплата по мере роста), так как стоимость наращивания практически сравнима со стоимостью первоначальных вложений, что позволяет заказчику оптимизировать свой бюджет. Также возможна установка на один шкаф (мощностью 250 кВт) больше, чем требуется для обеспечения N+1 резервирования.

Для заказчиков очень важно бывает проверить ИБП под нагрузкой, причем наличие реальной нагрузки заказчик может обеспечить далеко не всегда: чаще всего на объектах ИБП стартуют вхолостую или с нагрузкой 10–20% от проектной. Раньше для решения этой задачи заказчикам приходилось арендовать тестовую нагрузку, находить место, где ее располагать, прокладывать временные кабельные трассы, тестировать, тратя (и потом оплачивая электроэнергию из расчета нагрузки ИБП 100%). Сейчас, семейство Galaxy V (а также Galaxy 7000) имеет функцию SPOT —"умного тестирования«, которой мало кто из производителей может похвастаться. В этом режиме ИБП из себя представляет источник тока и работает сам на себя в режиме «управляемого короткого замыкания», потребляя из электросети лишь компенсацию потерь на КПД. Функция активизируется при пусконаладке сервисным инженером абсолютно бесплатно и позволяет таким образом проверить ИБП, зарядное устройство, батареи и даже кондиционер в помещении с ИБП под нагрузкой. Данная функция также может использоваться и при масштабировании ИБП для проведения приемосдаточных испытаний для заказчика.

Снижение затрат заказчика также достигается наличием различных режимов работы, направленных на создание эффективного и надежного питания нагрузки.

ИБП этой серии предполагают три режима работы: ECO, ECOnversion и двойное преобразование, каждый из которых имеет свои преимущества. Экорежим — это стандартный для отрасли режим бесперебойного питания, в котором ИБП обеспечивает питание нагрузки напрямую «грязным» питанием при его удовлетворительном качестве. При его ухудшении или полном пропадании входного напряжения ИБП переходит на батарею и затем (если возможно) на двойное преобразование. Плюсы данного режима — это КПД 99%. Минусы — время переключения, составляющее несколько миллисекунд, отсутствие подзарядки батарей (что негативно сказывается на их сроке службы), отсутствие коррекции коэффициента мощности нагрузки по входу (что, например, выдвигает дополнительные требования по сечению кабелей для нелинейных нагрузок). Режим ECOnversion — это патентованный режим компании Schneider Electric, устраняющий недостатки ECO-режима. В нем обеспечивается как подзарядка батарей, так и коррекция коэффициента мощности по входу (всё силами инвертора), нулевое время переключения на батарею при пропадании входного напряжения (или иной аномалии), а также интеллектуальный алгоритм управления электронными ключами байпаса для их ускоренной реакции на подобные события. КПД в этом режиме — более 98,5%. Заказчик может выбрать режим, который наилучшим образом отвечает его потребностям, при этом он может эксплуатировать ИБП в любом из трех режимов согласно расписанию, что позволяет максимально гибко и сбалансировано подойти к вопросу экономии электроэнергии.

Одним из способов проверки надежности всего конструктива ИБП и влияния на него повышенных температур является не только компьютерное CFD-моделирование, но и долговременное тестирование готового изделия в термокамере со снятием показаний значений температур как силовых компонентов, так и различных пассивных элементов, например силовых шин. Это позволяет гарантировать работу Galaxy VX при температурах до 40 °С включительно с сохранением всех своих характеристик, в том числе выходной мощности и перегрузочной способности, и с 41–50 °С — со снижением выходной мощности. Для проведения тестов ускоренного старения испытывались как отдельные силовые модули (с экстремальными температурными и вибрационными воздействиями), так и сам ИБП в сборе, что позволило получить международный сертификат сейсмостойкости.

Другими важными преимуществами, характерными для всех ИБП в линейке Galaxy V, является готовность к работе в неблагоприятных условиях: это и широчайший диапазон входных напряжений (вплоть до 600 В), и мощное зарядное устройство — 15% от номинала при полной нагрузке и до 35% при типичной нагрузке на ИБП. Благодаря последнему ИБП может обеспечивать быструю зарядку батарей, что актуально для современных решений, построенных с использованием литий-ионных технологий. Разумеется, кроме них ИБП поддерживает и традиционные свинцово-кислотные батареи (VRLA), а также решения на базе маховиков.

Использовать Li-ion-батареи стало возможно в ИБП сравнительно недавно — Schneider Electric анонсировал в конце 2016 г. поддержку данных решений моделями семейства Galaxy VM/7000 и Symmetra MW. И для подобных батарей наличие мощного зарядного устройства позволяет в полной мере ощутить одно из преимуществ Li-Ion’а — это быструю перезарядку батарей. Сам ИБП довольно компактен — занимаемая площадь для модели 1250 кВт составляет менее 4,5 кв. м, что вместе с фронтальным обслуживанием позволяет экономить пространство. При использовании Li-ion батарей — экономится площадь под батареи на 50-60%, также они имеют втрое меньший вес благодаря более высокой удельной энергии (до 260 кВт·ч/кг против 70 кВт·ч/кг).

Благодаря наличию многоуровневого батарейного мониторинга (батарея, группа батарей, шкаф), а также самой химии батарей их срок службы приближен к сроку службы ИБП и составляет 13–15 лет, а количество циклов заряда-разряда до 5000 (против 200–400 для свинцово-кислотных батарей). Единственный недостаток в данной технологии — это стоимость решения на базе Li-ion-батарей: она может в 1,3–1,5 раз быть выше решения на свинцово-кислотных батареях с идентичным временем автономной работы, но это нивелируется экономией на операционных расходах (замена батарей).

Учитывая тенденции развития технологии Li-ion-батарей и ежегодного снижения их стоимости, можно быть уверенным, что будущие ИБП будут основываться именно на Li-ion-батареях. Оценку рентабельности такой замены и ее момент поможет выполнить разработанный компанией Schneider Electric инструмент TradeOff Tool, представляющий собой калькулятор стоимости владения для сравнения Li-ion-аккумуляторов с VLRA-акумуляторами.

СПЕЦПРОЕКТ КОМПАНИИ SCHNEIDER ELECTRIC

Другие спецпроекты

Версия для печати (без изображений)