Руководство по выбору генератора для центров обработки данных с учетом нагрузок ИИ: кВт, кВА, PUE, снижение мощности и N+1.

 

Точный расчет мощности генератора для центра обработки данных начинается с пиковой нагрузки критического объекта, а не только с номинальной мощности генератора или ИТ-нагрузки. Инженеры должны перевести расчетную нагрузку из кВт в кВА, проверить поведение систем ИБП и вычислительных нагрузок ИИ во время переходных процессов, применить снижение номинальной мощности с учетом особенностей объекта, а затем рассчитать необходимое количество генераторов для выбранной архитектуры резервирования.

Этот процесс определяет, какой размер резервного генератора необходим центру обработки данных для искусственного интеллекта, и помогает предотвратить два дорогостоящих последствия: систему, которая не сможет выдержать нагрузку во время сбоя, или оборудование слишком большой мощности, которое увеличивает затраты без повышения отказоустойчивости.

Какая информация необходима перед расчетом мощности генератора для центра обработки данных?

Для надежного расчета нагрузки генератора в центре обработки данных требуется не только количество серверов или общая номинальная мощность ИТ-стоек. Проектная группа должна определить все нагрузки, которые останутся под напряжением после отключения электроэнергии, и установить, как эти нагрузки будут подаваться в генераторную систему.

Составьте график критической нагрузки для ИТ-оборудования, систем охлаждения, ИБП и вспомогательных систем.

Для нового объекта составление графика нагрузки обычно начинается с планирования ИТ-оборудования, конфигурации ИБП, системы охлаждения, насосов, систем управления, аварийного освещения и другой необходимой инфраструктуры. Для существующего центра обработки данных измерение пиковой нагрузки может быть полезным, но его следует сопоставлять с запланированным расширением ИИ и сезонными условиями охлаждения.

Не вся подключенная нагрузка должна получать резервное питание. Некритичное офисное оборудование, резервные системы охлаждения или отдельные вспомогательные нагрузки могут быть отключены путем сброса нагрузки. Однако для их отключения требуется определенная последовательность действий, которая может быть реализована системой управления и распределения.

Группа загрузки	Необходимая информация	Основной риск, связанный с определением размера
ИТ-стойки	Постоянный, пиковый и повторяющийся спрос на электроэнергию	Номинальный спрос может не отражать реальный режим работы.
система бесперебойного питания	Эффективность, коэффициент мощности и настройки для входа в помещение.	Гармоники, опережающая реактивная мощность и быстрая передача нагрузки
Охлаждающее оборудование	Рабочая мощность в кВт, запуск двигателя и последовательность действий.	Одновременный запуск может превысить расчетные значения статической нагрузки.
Вспомогательные системы	Насосы, системы управления, освещение и топливное оборудование.	Небольшие нагрузки часто не включаются в предварительные расчеты.
Будущие этапы	Планируемая плотность размещения оборудования в стойках и график развертывания.	Дополнительный аванс может быть добавлен дважды.

В случае отсутствия измеренных данных предположения следует документировать и проверять с помощью расчетов чувствительности. Перед отправкой запроса предложений поставщик должен получить четкий график критической нагрузки, а не единое расчетное значение кВА.

Как следует использовать показатель PUE при расчете нагрузки генератора?

Показатель PUE может помочь оценить энергопотребление объекта на ранних этапах планирования:

Предварительная нагрузка объекта = Расчетная ИТ-нагрузка × Расчетный показатель PUE

Например, нагрузку от ИТ-оборудования можно преобразовать в первоначальную оценку нагрузки на объект, применив расчетный показатель PUE, который включает в себя затраты на охлаждение и электроэнергию. Однако PUE — это, прежде всего, коэффициент эффективности: общая потребляемая мощность объекта, деленная на потребляемую мощность ИТ-оборудования. Он не заменяет график пиковой аварийной нагрузки.

Годовой показатель PUE может занижать спрос в условиях экстремальных температур, а средний показатель по отрасли может не отражать особенности системы охлаждения, климат или резервирование конкретного объекта. Поэтому показатель PUE может помочь в составлении бюджета на начальном этапе и оценке мощности генераторов, но при окончательном расчете мощности резервных генераторов для центров обработки данных следует учитывать пиковые нагрузки, последовательность запуска, характеристики ИБП и фактические пределы аварийного электроснабжения.

Как перевести нагрузку центра обработки данных из кВт в кВА генератора?

Двигатели генераторов обычно оцениваются по активной мощности в кВт, в то время как генераторы переменного тока и электрораспределительное оборудование также должны передавать полную мощность в кВА. Основное соотношение следующее:

кВА = кВт ÷ Коэффициент мощности

Использование коэффициента мощности по умолчанию 0,8 без проверки подключенного оборудования может привести к неподходящему генератору. В центрах обработки данных используются выпрямители ИБП, фильтры, преобразователи частоты и импульсные источники питания, которые могут создавать гармоники или опережающую реактивную мощность. Генератор с достаточной мощностью двигателя может работать за пределами допустимого диапазона мощности генератора.

Таким образом, в спецификации генератора для центра обработки данных должны быть указаны рабочая мощность в кВт, ожидаемая мощность в кВА, коэффициент мощности, шаги нагрузки, а также допустимые отклонения напряжения и частоты. Группы по закупкам также должны запросить информацию о возможностях соответствующего генератора и результаты расчетов производителя. Выбранная конфигурация должна быть проверена на соответствие фактической конструкции ИБП, а не только на основе типового преобразования кВт в кВА.

Почему генератор с достаточной мощностью может выйти из строя при нагрузке в центре обработки данных, использующем искусственный интеллект?

Статическая мощность — это лишь один из факторов при выборе генератора. Резервный генератор для центра обработки данных с искусственным интеллектом также должен реагировать на изменения нагрузки, не вызывая недопустимых скачков напряжения или частоты.

Проверка ступенчатой нагрузки ИИ, проходных станций ИБП, гармоник и ведущих VAR-партнеров.

Крупные кластеры вычислительных мощностей для ИИ могут вызывать резкие колебания энергопотребления и повторяющиеся пики. Институт Uptime отмечает, что проблема не ограничивается однократной кратковременной перегрузкой; частые изменения нагрузки могут создавать повторяющиеся электрические и тепловые нагрузки на инфраструктуру, мощность которой близка к номинальной.

Последовательность работы ИБП имеет не меньшее значение. Функция контролируемого возврата нагрузки в генератор после запуска позволяет постепенно возвращать нагрузку к генератору. Без соответствующей последовательности несколько модулей ИБП, охлаждающих двигателей или вспомогательных систем могут пытаться загрузить генератор практически одновременно.

В ходе инженерной экспертизы следует определить максимальный ожидаемый скачок нагрузки, входные характеристики ИБП, последовательность запуска двигателя, пределы гармоник и требуемые характеристики восстановления. В технических условиях закупки следует потребовать расчетов на основе программного обеспечения производителя для расчета размеров и четко определенных условий испытаний. Простое требование «100% приемки блочной нагрузки» может увеличить стоимость без учета фактической последовательности работы объекта.

Как высота над уровнем моря, температура и будущий рост влияют на размер генератора?

Номинальная мощность генератора, указанная на паспортной табличке, основана на заданных эталонных условиях. Высокая температура окружающей среды, высота над уровнем моря, ограниченный поток воздуха или удаленная система охлаждения могут снизить выходную мощность, доступную на площадке проекта.

Рассчитайте полезную мощность площадки на основе данных о снижении мощности, специфичных для данной модели.

Предварительные отношения — это:

Требуемая номинальная мощность = Расчетная нагрузка ÷ Подтвержденный коэффициент использования мощности площадки

Коэффициент использования мощности следует определять на основе документации к выбранному двигателю, генератору и системе охлаждения. Универсальный процент не следует применять ко всем генераторам, поскольку снижение мощности варьируется в зависимости от модели и конфигурации. Также следует различать влияние температуры и высоты над уровнем моря, а также учитывать поправки на будущий рост мощности и переходные процессы.

Например, проект может потребовать отдельных корректировок для номинальной мощности объекта, планируемого расширения ИТ-инфраструктуры и наибольшего шага нагрузки. Объединение всех трех факторов в необъяснимый запас прочности затрудняет сравнение предложений поставщиков и может привести к неоправданному завышению размеров.

Перед покупкой поставщик должен подтвердить доступную мощность в кВт и кВА на указанной высоте, при максимальной температуре окружающей среды, схеме и частоте вентиляции.

Как рассчитать мощность генераторной установки для дата-центра с N+1 резервными мощностями?

После определения необходимой мощности с учетом особенностей площадки следующий вопрос — сколько генераторов потребуется центру обработки данных. Ответ зависит от полезной мощности генераторов, требований к техническому обслуживанию, сценариев отказов и выбранной топологии распределения электроэнергии.

Рассчитайте мощность N и необходимое количество генераторных модулей.

Для модульных генераторных систем полезным предварительным расчетом является следующее:

N единиц = Потолок (расчетная критическая нагрузка ÷ полезная мощность на единицу)

Всего N+1 единиц = N единиц + 1

«+1» означает дополнительный блок сверх количества, необходимого для поддержки расчетной нагрузки. Это не процентное увеличение количества генераторов. Расчет необходимо проверить при отсутствии одного генератора и учесть, смогут ли оставшиеся блоки, распределительные устройства и распределительные сети по-прежнему выдерживать требуемую нагрузку.

Классификация N+1 также не означает автоматически, что центр обработки данных относится к определенному уровню. Классификация Uptime Institute учитывает более широкие требования, такие как возможность одновременного технического обслуживания, резервные компоненты мощности и распределительные пути. Поэтому количество генераторов должно быть согласовано с полной электрической топологией.

Выберите между одним большим генератором и модульными параллельно соединенными блоками.

Один большой генератор может уменьшить количество двигателей, элементов управления и точек подключения. Он может подойти для небольшого предприятия, где принятая модель надежности допускает наличие одного резервного блока. Ограничением является то, что плановое техническое обслуживание или отказ одного генератора могут полностью вывести из строя резервный источник питания, если не будет доступен другой независимый источник.

Несколько параллельно соединенных блоков могут обеспечивать резервирование по схеме N+1, поэтапное расширение и техническое обслуживание при отключении одного блока. Они также требуют управления синхронизацией, распределения нагрузки, совместимой защиты и правильно спроектированной системы распределительных устройств.

UleenGen предлагает Дизель-генераторные установки мощностью 1000–3750 кВА с различными вариантами двигателей, генераторов, напряжения и конфигураций 50/60 Гц. Ассортимент продукции включает открытые и контейнерные решения и определяет центры обработки данных как потенциальное применение. Конкретную модель следует выбирать только после подтверждения номинальной мощности площадки, переходных характеристик, напряжения, конструкции установки и требований к резервированию.

 

Как избежать покупки одежды меньшего или большего размера до совершения покупки?

Предварительный расчет следует проверить в нескольких сценариях эксплуатации, прежде чем он станет основой для спецификации закупки:

• Сбой в работе энергоснабжения при ожидаемой пиковой критической нагрузке
• Максимальная сезонная потребность в охлаждении
• В системе N+1 один генератор недоступен
• Следующий запланированный этап развития потенциала в области информационных технологий или искусственного интеллекта.
• Перезагрузка и перезарядка ИБП после стабилизации генератора.
• Сброс электроэнергии или задержка подключения некритического оборудования

Недостаточная мощность может привести к перегрузкам, чрезмерным отклонениям напряжения или частоты, неудачному переключению нагрузки и срабатыванию защитных устройств. Избыточная мощность увеличивает капитальные затраты и может привести к длительной работе дизель-генераторов при неподходящей малой нагрузке.

В заключительном обзоре следует разделить показатели устойчивой мощности, переходных характеристик, снижения экологической эффективности и перспектив роста. Соответствующие результаты должны быть проверены инженером-электриком проекта и подтверждены информацией о размерах, предоставленной производителем. Местные нормы, требования к выбросам, хранению топлива и нормативные требования также могут повлиять на окончательную конфигурацию.

Что должно быть включено в запрос предложений (RFQ) от генератора запросов на предоставление услуг центров обработки данных?

Полный запрос предложений позволяет поставщикам предлагать цены, основываясь на одних и тех же технических данных. Он также показывает, был ли предлагаемый генератор выбран на основе инженерных расчетов или же он был подобран только по номинальной мощности в кВА.

Отправьте поставщикам полный контрольный список по нагрузке, площадке и резервированию.

В запрос предложений для центров обработки данных следует включить:

• Критическая рабочая нагрузка в кВт и кВА
• Ожидаемый коэффициент мощности и конфигурация ИБП.
• Наибольший этап загрузки и запланированная последовательность загрузки
• Требуемое напряжение, фаза и частота 50 или 60 Гц.
• Высота над уровнем моря и максимальная температура окружающей среды.
• Ожидаемые показатели времени работы в режиме ожидания и общего времени автономной работы
• N, N+1 или другой целевой уровень избыточности
• Для установки внутри помещений, на открытом воздухе, в бесшумном режиме или в контейнерах.
• Требования к топливной автономности и топливной системе
• Требования к АТС, синхронизации и связи
• Применимые нормы шума, выбросов и местные нормативные требования.
• План дальнейшего расширения

Для проекта по замене покупатель также должен предоставить данные о существующих генераторах, записи измерений нагрузки, номинальные характеристики распределительных устройств, доступную площадь и любые предыдущие проблемы с переключением или приемкой нагрузки.

Оценивайте поставщиков, опираясь на инженерные данные, а не только на номинальную мощность.

Подходящий поставщик генераторов для центров обработки данных должен уметь объяснить, как была рассчитана предлагаемая мощность, указать номинальную выходную мощность площадки и определить допущения, использованные для расчета коэффициента мощности, ступеней нагрузки и расширения. Для модульной установки в предложении также должны быть определены обязанности по синхронизации, распределению нагрузки, защите и управлению.

Компания Shandong Uleen Generator Co., Ltd. производит генераторные установки с 2011 года и предлагает услуги по техническому консультированию, установке и техническому обслуживанию. В её портфолио входят дизельные и газовые генераторные установки, открытые, бесшумные и контейнерные конструкции, шкафы АВР, панели синхронизации и средне- и высоковольтные конфигурации. Более подробная информация о компании доступна на её веб-сайте. Производственные и технические возможности генераторов профиль.

Покупателям все равно следует оценить точную техническую документацию, представленную для их проекта. Полезными доказательствами являются спецификации конкретной модели, данные о генераторе, информация о снижении номинальной мощности в условиях окружающей среды, подробные сведения о системе управления, ограничения поставок и предлагаемые условия приемочных испытаний.

Вывод

Расчет мощности генераторов для центров обработки данных должен начинаться с определения критической нагрузки и включать в себя расчет кВт и кВА, проверку динамических нагрузок, снижение номинальной мощности на площадке и анализ резервирования. Показатель PUE может помочь в предварительной оценке, но он не может заменить данные о пиковой нагрузке, характеристики ИБП или инженерный анализ, специфичный для конкретной модели.

Для первоначальной настройки UleenGen проектные группы могут представить требования к проектуВключая критическую нагрузку, напряжение, частоту, данные ИБП, высоту над уровнем моря, температуру окружающей среды, целевой уровень резервирования и схему установки. Эта информация позволяет сделать более обоснованный предварительный выбор, чем запрос генератора только по номинальной мощности в кВА. Дополнительная информация о продукции и областях применения доступна по адресу: УлеенГен.

Часто задаваемые вопросы

Может ли показатель PUE сам по себе определить необходимую мощность генератора?

Нет. Показатель PUE может преобразовать расчетную нагрузку на ИТ-оборудование в предварительную оценку нагрузки на объект, но он может не отражать пиковую потребность в охлаждении, границы аварийной нагрузки или особенности работы ИБП. Окончательный расчет мощности генератора должен производиться с использованием подробного графика пиковой критической нагрузки и фактической последовательности работы.

Всегда ли центрам обработки данных, использующим ИИ, требуются более мощные резервные генераторы?

Не обязательно. Мощность зависит от расчетной нагрузки ИТ-оборудования, требований к охлаждению, повторяющихся пиковых нагрузок, конфигурации ИБП и плана расширения. При высоких нагрузках с использованием искусственного интеллекта анализ динамической нагрузки становится более важным, но само слово «искусственный интеллект» не определяет размер генератора.

Сколько генераторов необходимо центру обработки данных с N+1 генераторами?

Сначала рассчитайте, сколько генераторных установок, рассчитанных на работу на объекте, необходимо для обеспечения работы расчетной критической нагрузки. Затем добавьте еще одну установку. Оставшаяся система должна по-прежнему обеспечивать требуемую нагрузку, даже если какая-либо из установок недоступна.

Как высота над уровнем моря влияет на мощность генераторов в центре обработки данных?

Увеличение высоты над уровнем моря может снизить доступную мощность двигателя и системы охлаждения, но величина этого снижения зависит от модели и условий эксплуатации. Поставщик должен предоставить данные о номинальной мощности в кВт и кВА для указанной высоты, максимальной температуры и конфигурации установки.

Какую информацию поставщик генераторов должен предоставить для составления точного ценового предложения?

Поставщику необходимы критически важные параметры: мощность в кВт и кВА, коэффициент мощности, характеристики ИБП, ступенчатая нагрузка, напряжение, частота, высота над уровнем моря, температура, время автономной работы, целевой уровень резервирования, структура установки и план будущего расширения. Также следует указать требования к уровню шума, выбросам, топливной автономности и распределительным устройствам.