Резервируемая Параллельная Архитектура (РПА)

Резервируемая Параллельная Архитектура (РПА)
В тех случаях, когда ИБП серий LP, SitePro или SG используются для электропитания
критичных приложений, защиты, обеспечиваемой одиночным устройством, как правило,
недостаточно. Для удовлетворения требований повышения уровня надежности GE DE
разработала резервируемую параллельную систему, известную под маркой RPA
(Redundant Parallel Architecture), являющуюся эксклюзивной разработкой GE.
Для обеспечения высочайшего уровня надежности, два или более ИБП LP, SitePro или SG
соединяются в одноранговую систему источников, одновременно подключенных на общую
нагрузку. Благодаря модульному принципу построения РПА, в систему может быть в
любой момент подключен дополнительный ИБП для увеличения уровня резервирования
или выходной мощности.
Принципы построения параллельной системы на основе РПА
РПА представляет собой уникальную технологию, используемую для обеспечения
высокого уровня надежности, который определяется соответствующими требованиями,
стандартами и рекомендациями смежных отраслей относительно надежности критичных
приложений.
Основными принципами резервируемости являются:
Отсутствие единичной точки отказа.
Устойчивость к отказам – означает, что система выдерживает любой тип отказа
одиночного элемента с сохранением своей основной функции. Применительно к
ИБП это означает способность системы выдерживать одиночные отказы – начиная
от перегорания предохранителя и вплоть до отказа инвертора – без прерывания
электропитания нагрузки.
Маскирование ошибок – изоляция ошибок и их устранение при сохранении питания
нагрузки.
Восстановление нормального режима работы без перевода питания критичной
нагрузки на байпас.
Для того чтобы соответствовать определению «резервируемой», система ИБП в целом
должна отвечать следующим критериям:
Децентрализованный принцип организации байпаса.
Децентрализованная управляющая электроника.
Резервируемая по принципу (N+1) работа и контроль таких критичных функций,
как «Синхронизация» и «Перевод на режим байпаса».
Резервируемая коммуникационная шина между отдельными устройствами.
Важно: параллельная система ИБП не всегда является резервируемой; некоторые
производители ИБП честно раскрывают отличия этих систем, другие же рекламируют
параллельные системы как «резервируемые», даже если они не отвечают приведенным
выше требованиям.
Резервирование электроники управления
Каждое индивидуальное устройство имеет свою собственную систему управления
(микропроцессор) для резервируемой параллельной работы. Во время работы все
микропроцессоры контактируют друг с другом для управления всей системой по принципу
равноправной логики.
Например:
Пусть в РПА-системе из трех ИБП («А», «В» и «С») ИБП «А» определяет отказ
основной сети питания, но ИБП «В» и «С» «не видят» этого отказа. В таком случае, ИБП
«А» будет изолирован, и его функции будут взяты на себя устройствами «В» и «С», при
этом риск потери электропитания для критичной нагрузки отсутствует. Этот пример
иллюстрирует тот факт, что система с РПА не имеет логики «Ведущий-ведомый».
Распределение нагрузки
Система управления РПА отвечает за равномерное распределение нагрузки между
отдельными ИБП. Это распределение регулируется путем изменения обмена мощности
(которое должно быть как можно ближе к нулевому значению) между отдельными
устройствами.
Для достижения этой цели, оперативный контроллер РПА осуществляет непрерывное
вычисление индексного значения, вычисляемого делением суммы измеренных значений
выходной мощности отдельных ИБП на число функционирующих ИБП. Это индексное
значение передается каждому ИБП в качестве опорного параметра для регулирования
инвертора.
Вследствие очень высокой точности синхронизации (рассмотрена ниже), процедура
распределения нагрузки выполняется естественным образом, поэтому необходимость
вмешательства в работу контроллера практически отсутствует.
Синхронизация
Одной из наиболее важных функций работы РПА является обеспечение синхронизации
всей системы – с одной стороны, ИБП друг с другом, с другой стороны – через байпасные
линии с входной сетью. Используя специальные алгоритмы обработки сигнала и слежения
повышенной точности, технология РПА достигает максимальной точности синхронизации.
Точность синхронизации устройств, составляющая 0,05 мсек., обеспечивает динамичное,
основанное на измерении напряжения распределение нагрузки.
Максимальное резервирование!
Использование технологии РПА подразумевает, что все компоненты системы ИБП – такие
как выпрямитель, инвертор, байпас, контроллеры и коммуникационные линии – являются
резервируемыми. Отсутствуют точки единого отказа, централизованные элементы или
ситуации «ведущий-ведомый».
Обработка отказов
Технология РПА имеет возможность изолирования отдельного устройства в случае
возникновения помех в работе параллельной системы. В таких ситуациях РПА-логика
устройства, в котором возникли какие-либо проблемы, сообщает о ней всей системе. В
случае необходимости данное устройство будет «изолировано» от системы до того
момента, когда проблема будет решена.
Уровень изоляции определяется системными настройками, при этом основная цель –
защита нагрузки ИБП в течение максимального времени – имеет наивысший приоритет.
Как следствие этого, проблемное устройство управляется общей логикой системы и может
продолжать работать в РПА системе, или быть полностью исключенным из работы.
Например:
Измерения, получаемые от изолированного ИБП, не принимаются в расчет при
вычислении индексного значения при определении распределения нагрузки. До тех пор,
пока выходной мощности остающихся ИБП достаточно для питания нагрузки, РПА будет
активна и обеспечивает питание нагрузки от инверторов. В случае, когда остающиеся
инверторы не в состоянии обеспечить резервируемость, система РПА из категории
«параллельная система с резервированием» переходит в состояние «параллельная
система без резервирования». Если мощности недостаточно (ситуация перегрузки), РПА
переведет систему в режим байпаса.
Основные выводы
Резервируемые инверторы. РПА поддерживает питание нагрузки от инверторов до тех
пор, пока это возможно без перегрузки, обеспечивая режим двойного преобразования для
всей системы. Если один или более ИБП выходит из строя, параллельная система
переходит на байпас только в случае, если выходная мощность активных инверторов
недостаточна для питания нагрузки в режиме двойного преобразования.
Децентрализованный байпас и резервируемое управление. Даже в случае 100%ной нагрузки статический байпас одного устройства может быть отключен из-за
неисправности без создания опасных условий для питания нагрузки.
Резервируемые микропроцессоры. Многократное резервирование и распределение
задач исключает существование точки единичного отказа или узких мест.
Режимы работы параллельной системы с РПА
Режим on-line (двойного преобразования)
Для обеспечения бесперебойного электропитания нагрузки при всех возможных
ситуациях функционирования, параллельная система с РПА имеет несколько режимов
работы.
Переключения между режимами осуществляется без прерывания электроснабжения
нагрузки.
Когда система находится в режиме on-line, все
выпрямители и инверторы ИБП работают.
Выпрямители подключены к сети. Каждый
выпрямитель подзаряжает батареи и питает
инвертор,
преобразующий
энергию
постоянного напряжения в переменное.
Нагрузка равномерно распределена между
инверторами.
Режим IEM (Интеллектуального управления энергией)
Режим IEM (Intelligent Energy Management) –
программный
алгоритм
управления,
позволяющий системе с РПА работать в режиме
экономии электроэнергии.
Инверторы отдельных ИБП, работа которых не
требуется для питания нагрузки (с учетом
соотношения потребляемой мощности нагрузки
и мощности ИБП), могут быть автоматически
отключены для уменьшения собственных
потерь и экономии потребляемой энергии.
В зависимости от уровня нагрузки, инверторы
отключаются циклически, таким образом, все
ИБП имеют примерно одинаковую суммарную
продолжительность работы.
Нагрузка
поддерживается
остальными
инверторами.
Более того, пользователь может задать режим,
при котором выпрямители тех ИБП, у которых
остановлены инверторы, будут продолжать
работать для обеспечения подзаряда батарей,
либо выпрямители будут также отключены (для
дальнейшего уменьшения энергопотребления)
Также пользователь может задать период
времени или значение напряжения батареи,
при достижении которого соответствующий
выпрямитель будет автоматически включен
снова.
Режим IEM очень просто программируется, при
этом пользователь может самостоятельно
определить уровень резервируемости (или
безопасности),
необходимый
в
данной
ситуации.
Также
может
быть
запрограммирована реакция системы в случае
неисправностей (например, какие действия
должны быть предприняты при отказе входной
сети).
Режим питания от батарей
Отказ входной сети вызывает переход системы
в режим питания от батарей.
В этом режиме все выпрямители отключены.
Аккумуляторные батареи снабжают инверторы
энергией.
Если входная сеть не восстанавливается, а
батареи разряжаются до порогового значения,
нагрузка будет отключена. В этом случае, при
восстановлении входной сети нагрузка будет
подключена через статический байпас.
С целью обеспечения безопасности, инверторы
ИБП должны быть запущены принудительно в
ручном режиме.
Режим отказа выпрямителя
В случае отказа выпрямителя одного из ИБП
системы, инвертор этого ИБП использует
энергию аккумуляторов для питания нагрузки.
Если до момента устранения неисправности
выпрямителя батареи истощаются, инвертор
данного ИБП будет отключен.
До тех пор, пока выходная мощность
инверторов остальных ИБП достаточна для
поддержки нагрузки, система остается в
режиме «on-line», однако система может
перейти
из
категории
«система
с
резервированием» в состояние «параллельная
система».
Режим отказа инвертора
Этот режим включается при обнаружении
неисправности в одном из инверторов ИБП
системы РПА.
До тех пор, пока выходная мощность
инверторов остальных ИБП достаточна для
поддержки нагрузки, система остается в
режиме «on-line», однако система может
перейти
из
состояния
«система
с
резервированием» в состояние «параллельная
система».
Выходной контактор (K7) ИБП. в котором
произошел сбой инвертора, автоматически
отключает данный ИБП от нагрузки.
Выпрямитель отключенного от нагрузки ИБП, в
зависимости от характера отказа, может
оставаться
включенным
и
подзаряжать
аккумуляторы.
Для проведения ремонта данный ИБП может
быть полностью отключен от входной сети и
изолирован.
Режим байпаса
Режим работы на байпасе активизируется,
если инверторы ИБП не в состоянии
поддерживать нагрузку (например, в случае
отказа нескольких инверторов или их
длительной перегрузки).
Если нагрузка превышает 110% суммарной
мощности инверторов в течение длительного
времени, нагрузка будет запитана от сети
через линии статического байпаса.
Выходные
контакторы
инверторов
(К7)
отключаются автоматически и инверторы (в
зависимости от характера отказа) продолжают
функционировать.
Выпрямители
также
работают и подзаряжают батареи.
Если уровень нагрузки снижается ниже 100%
суммарной мощности работающих инверторов,
управление РПА замыкает все контакторы К7 и
автоматически переводит систему в режим
«on-line».
Режим сервисного байпаса
Режим сервисного байпаса используется в
случаях, когда все ИБП должны быть
отключены, но нагрузка при этом должна быть
под напряжением.
На всех ИБП существуют индивидуальные
ключи сервисного байпаса.
Все внутренние компоненты ИБП могут быть
обесточены для выполнения работ.
Во время работы системы в этом режиме
нагрузка не защищена от отказов входной
сети.