Резервное электропитание — критическая инфраструктура дата-центра. Серверы не терпят даже кратковременных перебоев: просадка питания на 20 мс может вызвать перезагрузку, потерю данных или повреждение накопителей. Надёжная система питания строится по принципу многоуровневой избыточности.
Компоненты резервного питания
- UPS (ИБП): онлайн-системы мощностью 10–2000 кВА. Переход на батарею — менее 4 мс (double-conversion UPS — 0 мс). Время автономной работы — 10–30 минут.
- Дизельные генераторы: мощность 250 кВА — 3 МВА. Время запуска — 10–30 секунд. Запас топлива — 24–72 часа. UPS обеспечивает питание в период запуска генератора.
- Два независимых ввода от разных подстанций. В ЦОД Tier III — обязательное требование.
- Автоматический ввод резерва (АВР/ATS): переключает нагрузку между вводами за 0,1–0,5 секунды.
Схемы резервирования
- N+1
- Один дополнительный источник на N основных. При отказе одного система работает без деградации.
- 2N
- Полное дублирование всех компонентов. Tier III при обслуживании, Tier IV в постоянном режиме.
- 2N+1
- Полное дублирование плюс дополнительный резерв. Tier IV — максимальная надёжность.
История
Первые ИБП для вычислительной техники появились в 1960-х для защиты мейнфреймов. Компания APC (American Power Conversion) основана в 1981 году и стала лидером рынка UPS для серверного оборудования. Стандарты на резервное питание ЦОД отражены в Uptime Institute Tier Standard (1994) и ANSI/TIA-942.
Питание и PUE
UPS и PDU (Power Distribution Unit) вносят потери ~5–10% от мощности. Высокоэффективные UPS достигают КПД 95–99% в режиме double-conversion и до 99,5% в eco-режиме. Снижение потерь в системе питания напрямую улучшает PUE дата-центра.
Двойной ввод питания
Двойной ввод питания — подключение ЦОД к двум независимым трансформаторным подстанциям от разных фидеров. При аварии на одном фидере второй обеспечивает непрерывное питание. Стоимость двойного ввода значительна: отдельное ТУ (технические условия), прокладка двух кабельных трасс, договор с двумя гарантирующими поставщиками. Именно двойной ввод — одно из главных требований для сертификации Tier III.
На уровне стойки: серверы с двумя блоками питания (hot-swap PSU) подключаются к двум разным PDU (Power Distribution Unit) в стойке, каждая из которых питается от отдельной ветки A и B электросети ЦОД. При отказе ветки A все серверы продолжают работу на ветке B. Без дублирования PSU отказ одной ветки → половина серверов без питания.
ИБП и время автономной работы
UPS в ЦОД рассчитан на 10–15 минут автономной работы — этого достаточно для запуска дизель-генератора. Дизель-генератор запускается за 10–30 секунд и берёт нагрузку. UPS покрывает этот промежуток. В Tier III ЦОД: несколько UPS-систем в параллели (N+1), несколько ДГУ. Запас топлива — обычно 48–72 часа работы ДГУ. В критических объектах (банки, правительственные ЦОД) — недельный запас топлива.
Автоматический ввод резерва (АВР)
АВР (Автоматический ввод резерва) — переключатель, автоматически переключающий нагрузку на резервный источник питания при отключении основного. Время переключения: статические АВР — 10–20 мс (нет прерывания для большинства систем), электромеханические — 0.1–1 с (может вызвать кратковременное отключение). Для серверов с UPS время переключения АВР некритично — UPS покрывает провал.