KR102249287B1 - 데이터 센터 건물의 전력 공급 설계 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 데이터 센터 건물의 전력 공급 설계 시스템은, 데이터 센터 건물의 티어 등급에 따라 전력 계통 설계안을 도출하고, 도출된 전력 계통 설계안에 대해 신뢰도, 가용성 및 전력 손실율을 평가함으로써, 데이터 센터 건물에 최적화된 전력 공급 시스템의 설계가 가능한 이점이 있다.

Description

데이터 센터 건물의 전력 공급 설계 시스템 및 방법{System for designing power supply in data center buildings and method of the same}

본 발명은 데이터 센터 건물의 전력 공급 설계 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 티어(Tier) 등급에 따라 전력 계통 설계안을 도출하고, 전력 계통 설계안의 신뢰도, 가용성 및 전력 손실율을 계산하여 성능을 평가함으로써 최적안을 결정할 수 있는 데이터 센터 건물의 전력 공급 설계 시스템 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 건물의 성능 평가 시뮬레이션은 건물의 요구 성능을 평가하기 위하여 컴퓨터 기반의 분석 프로그램을 이용하여 모델을 만드는 것을 의미한다.

그러나, 종래의 건물의 성능 평가 시뮬레이션은 일반적인 건물을 대상으로 한정하고 있다.

따라서, 다수의 IT 장비들을 포함하고, 서버의 운용 안정성을 최우선으로 하는 데이터 센터 건물의 전력 설비에 대한 성능 및 신뢰성을 평가하는 데는 한계가 있다.

대한민국공개특허 10-1113335호

본 발명의 목적은, 전력 설비의 설계에 대한 최적안을 도출할 수 있는 데이터 센터 건물의 전력 공급 설계 시스템 및 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명에 따른 데이터 센터 건물의 전력 공급 설계 시스템은, 서버, 스토리지 및 통신장비를 포함하는 IT 장비들이 설치된 데이터 센터 건물에서 UPS(Uninterruptible Power Supply), 변압기 및 발전기를 포함하는 전력 공급 시스템의 티어(Tier) 등급을 설정하는 시스템 티어 등급 설정부와; 상기 시스템 티어 등급 설정부에서 설정된 티어 등급에 따라 작업자로부터 상기 UPS의 백업(Redundancy) 방식, 수전에서 상기 UPS까지의 업스트림 세그먼트의 운용 방식, 상기 UPS에서 상기 서버까지의 다운스트림 세그먼트의 운용 방식을 각각 선택받아서, 상기 전력 공급 시스템의 전력 계통 설계안을 도출하는 시스템 설계부와; 상기 시스템 설계부에서 도출한 상기 전력 계통 설계안에 대한 신뢰도(Reliability), 가용성(Availability) 및 전력 손실율(ELC, Electric Loss component)을 계산하여, 상기 전력 계통 설계안을 평가하는 시스템 평가부를 포함한다.

상기 시스템 티어 등급 설정부는, 상기 작업자로부터 티어 등급을 입력받아 설정하는 티어등급 입력부와, 상기 작업자로부터 연간 허용 다운타임(Downtime)과 상기 연간 허용 다운타임의 영향 수준을 입력받고, 입력받은 정보에 따라 적합한 티어 등급을 도출하여 설정하는 티어 등급 도출부를 포함한다.

상기 시스템 설계부는, 상기 데이터 센터 건물의 전력 부하를 계산하는 부하 계산부와, 상기 전력 계통 설계안과 상기 전력 부하에 따라 상기 UPS의 용량, 상기 변압기의 용량, 상기 발전기의 용량 및 수전 용량을 포함하는 시스템 용량을 계산하는 용량 계산부를 더 포함한다.

상기 UPS의 백업 방식은, 단일 용량 백업(Capacity UPS), 격리형 백업(Isolated redundant), 병렬 백업(Parallel redundant), 블록 백업(Block redundant), 분산 백업(Distributed redundant) 및 시스템 이중화 백업(System plus system redundant) 및 백업 개수를 포함하고, 상기 시스템 설계부는, 상기 UPS의 백업 방식 중에서 상기 시스템 티어 등급 설정부에서 설정된 티어 등급에 따라 미리 설정된 백업 방식만 활성화시켜 작업자로부터 선택받는다.

상기 업스트림 세그먼트의 운용 방식은, 수전 방식, 변전방식, 발전기 백업 개수, 변압기 백업 개수 중 적어도 일부를 포함한다.

상기 다운스트림 세그먼트의 운용 방식은, 상기 서버가 장착되는 랙의 전원공급장치의 백업 방식을 포함한다.

상기 시스템 평가부는, 상기 전력 계통 설계안에 포함된 전력 설비들에 전력 설비들에 대한 고장률(FR)을 작업자로부터 입력받거나 데이터베이스에 기저장된 값을 선택하여 상기 신뢰도를 계산하는 신뢰도 평가부를 포함한다.

상기 시스템 평가부는, 상기 전력 계통 설계안에 포함된 전력 설비들에 대고장간 평균 운용시간(MTBF, Mean Time Between Failures), 수리와 점검에 소요되는 운용시간(MTTR, Mean Time to Repair)을 작업자로부터 입력받거나 데이터베이스에 기저장된 값을 선택하여 상기 가용성을 계산하는 가용성 평가부를 포함한다.

상기 시스템 평가부는, 상기 전력 계통 설계안에 따른 작동시 발생되는 상기 전력 손실율을 계산하는 전력 손실율 계산부를 포함한다.

본 발명에 따른 데이터 센터 건물의 전력 공급 설계 방법은, 서버, 스토리지 및 통신장비를 포함하는 IT 장비들이 설치된 데이터 센터 건물에서 시스템 티어 등급 설정부가 UPS(Uninterruptible Power Supply), 변압기 및 발전기를 포함하는 전력 공급 시스템의 티어(Tier) 등급을 설정하거나 작업자로부터 상기 티어 등급을 입력받는 등급 설정단계와; 시스템 설계부가 상기 등급 설정단계에서 설정된 티어 등급에 따라 작업자로부터 상기 UPS의 백업(Redundancy) 방식, 수전에서 상기 UPS까지의 업스트림 세그먼트의 운용 방식, 상기 UPS에서 상기 서버까지의 다운스트림 세그먼트의 운용 방식을 각각 선택받아서, 상기 전력 공급 시스템의 전력 계통 설계안을 도출하는 설계단계와; 상기 시스템 평가부가 상기 설계단계에서 도출된 상기 전력 계통 설계안에 대한 신뢰도(Reliability), 가용성(Availability) 및 전력 손실율(ELC, Electric Loss Component)을 계산하여, 상기 전력 계통 설계안을 평가하는 평가단계를 포함한다.

상기 등급 설정단계는, 상기 작업자로부터 티어 등급을 입력받으면, 입력된 티어 등급으로 설정하고, 상기 작업자로부터 연간 허용 다운타임(Downtime)과 상기 연간 허용 다운타임의 영향 수준을 입력받으면, 입력된 상기 연간 허용 다운타임과 상기 영향 수준에 따라 티어 등급을 도출하여 설정한다.

상기 설계단계에서는, 상기 등급 설정단계에서 설정된 티어 등급에 따라 작업자로부터 상기 UPS의 백업(Redundancy) 방식, 상기 업스트림 세그먼트의 운용 방식, 상기 다운스트림 세그먼트의 운용 방식을 다르게 선택받는다.

상기 설계단계는, 상기 데이터 센터 건물의 전력 부하를 계산하는 과정과, 상기 전력 계통 설계안과 상기 데이터 센터 건물의 전력 부하에 따라 상기 UPS의 용량, 상기 변압기의 용량 및 상기 발전기의 용량 및 수전 용량을 포함하는 시스템 용량을 계산하는 과정을 더 포함한다.

상기 평가단계는, 상기 전력 계통 설계안에 포함된 전력 설비들에 대한 고장률(FR)을 작업자로부터 입력받거나 데이터베이스에 기저장된 값을 선택하여 상기 신뢰도를 계산하는 신뢰도 평가과정과, 상기 전력 설비들에 대한 고장간 평균 운용시간(MTBF, Mean Time Between Failures), 수리와 점검에 소요되는 운용시간(MTTR, Mean Time to Repair)을 작업자로부터 입력받거나 데이터베이스에 기저장된 값을 선택하여 상기 가용성을 계산하는 가용성 평가과정과, 상기 전력 계통 설계안에 따른 작동시 발생되는 상기 전력 손실율을 계산하는 전력 손실율 평가과정을 포함한다.

본 발명에 따른 데이터 센터 건물의 전력 공급 설계 시스템은, 데이터 센터 건물의 티어 등급에 따라 전력 계통 설계안을 도출하고, 도출된 전력 계통 설계안에 대해 신뢰도, 가용성 및 전력 손실율을 평가함으로써, 데이터 센터 건물에 최적화된 전력 공급 시스템의 설계가 가능한 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 데이터 센터 건물의 전력 공급 설계 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 데이터 센터 건물의 전력 공급 시스템을 설계하고 설계안을 평가하는 방법을 나타낸 순서도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 티어 등급 설정부와 시스템 설계부에서 각각 티어 등급과 백업 방식을 설정하는 창의 일 예를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 부하를 계산하기 위해 필요한 변수를 입력받는 창의 일 예를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 용량을 계산하기 위해 필요한 변수를 입력받는 창의 일 예를 나타낸다.
도 6은 도 5에 도시된 창에서 용량 확인 및 결정을 선택시 필요한 변수를 입력받기 위해 오픈되는 창의 일 예를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 시스템 평가부에서 신뢰도와 가용성을 평가하기 위해 필요한 변수를 입력받는 창의 일 예를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 시스템 평가부에서 전력손실율을 평가하기 위해 변수를 입력받는 창의 일 예를 나타낸다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 데이터 센터 건물의 전력 공급 설계 시스템에서 도출된 전력 계통 설계안을 표시하는 창의 일 예를 나타낸다.
도 10은 도 9에 도시된 전력 계통 설계안에 대한 부하 계산 결과를 나타낸 창의 일 예를 나타낸다.
도 11은 도 9에 도시된 전력 계통 설계안에 대한 용량 계산 결과를 나타낸 창의 일 예를 나타낸다.
도 12는 도 9에 도시된 전력 계통 설계안을 RBD 모델로 표시하고, 신뢰도와 가용성을 평가한 결과를 나타낸 창의 일 예를 나타낸다.
도 13은 도 9에 도시된 전력 계통 설계안에 대한 전력 손실율(ELC)을 평가한 결과를 나타낸 창의 일 예를 나타낸다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 전력 계통 설계안과 RBD 모델의 예를 나타낸 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 데이터 센터 건물의 전력 공급 설계 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 데이터 센터 건물의 전력 공급 설계 시스템은, 상기 데이터 센터 건물에 전력을 안정적으로 공급할 수 있는 전력공급 시스템을 설계하고, 설계안을 평가하기 위한 시스템이다.

상기 데이터 센터 건물은, 서버, 스토리지 및 통신장비를 포함하는 IT 장비들이 설치된 건물이다.

상기 전력 공급 시스템은, 상기 IT 장비들에 전력을 안정적으로 공급하기 위해 필요한 전력 설비들을 포함한다. 상기 전력 설비들은, UPS(Uninterruptible Power Supply), 변압기(Transformer), 발전기(Generator), PDU(Power Distribution Unit), 스위치 기어(Switch Gear), STS(Static Transfer Switch), 차단기(Circuit Breaker) 및 케이블(Cable) 등을 포함한다.

상기 UPS는 무정전 전원 공급장치라고도 하며, 한전에서 공급되는 전원이 끊기거나 변동이 생겨도, 중요 부하에 안정적인 전원을 공급해주기 위한 설비이다.

상기 전력 공급 설계 시스템은, 시스템 티어 등급 설정부(10), 시스템 설계부(20) 및 시스템 평가부(30)를 포함한다. 여기서, 상기 시스템 티어 등급 설정부(10), 상기 시스템 설계부(20) 및 상기 시스템 평가부(30)는 컴퓨터인 것으로 예를 들어 설명하나, 일부는 작업자가 수행하는 것도 물론 가능하다. 작업자는 컴퓨터 관리자나 시스템 설계자를 포함한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 티어 등급 설정부와 시스템 설계부에서 각각 티어 등급과 백업 방식을 설정하는 창의 일 예를 나타낸다.

도 3을 참조하면, 상기 시스템 티어 등급 설정부(10)는, 상기 전력 공급 시스템의 티어(Tier) 등급을 설정한다.

상기 티어 등급은, 데이터센터(IDC)를 인증하는 국제 공식 인증 기관인 업타임 인스티튜트(Uptime institute)에서 데이터 센터의 안정성에 따라 인증을 주는 등급이다. 상기 티어 등급은 총 4개의 등급으로 산정되며, 티어 1, 티어 2, 티어 3, 티어 4로 표시된다. 티어 1에서 티어 4로 갈수록 운영장비와 네트워크 등이 우수하고 안정적인 것으로 인정한다.

상기 시스템 티어 등급 설정부(10)는, 티어 등급 입력부와, 티어 등급 도출부를 포함한다.

상기 티어 등급 입력부는, 작업자로부터 티어 등급을 입력받아 표시하는 부분이다. 작업자가 발주처 등으로부터 티어 등급을 제공받으면, 상기 티어 등급 입력부를 통해 제공받은 티어 등급을 직접 입력하여 설정할 수 있다.

상기 티어 등급 도출부는, 작업자로부터 연간 허용 다운타임(Downtime)과, 상기 연간 허용 다운타임의 영향 수준을 입력받고, 입력받은 정보에 따라 적합한 티어 등급을 도출하여 표시하는 부분이다. 작업자가 발주처 등으로부터 티어 등급 대신 상기 연간 허용 다운타임과, 상기 연간 허용 다운타임의 영향 수준을 제공받는 경우, 상기 티어 등급 도출부를 통해 상기 연간 허용 다운타임과 상기 영향 수준을 입력하면, 상기 티어 등급 도출부에서 적정한 티어 등급이 자동으로 설정된다.

여기서, 다운타임은, 계획된 다운타임(Planned downtime)과, 계획되지 않은 다운타임(Unplanned downtime)으로 구분된다. 상기 계획된 다운타임은, 미리 계획된 유지관리를 위해 전력 공급을 중단할 수 있는 최소 허용 시간이다. 상기 계획되지 않은 다운타임은 미리 계획되지 않은 비상시 전력 공급이 중단될 수 있는 최소 허용 시간이다.

상기 영향수준은, 국부적(isolated), 마이너(minor), 메이저(major), 심각(severe), 참사(catastrophic) 등으로 단계별로 표시된다. 상기 영향수준은, 다운타임 발생시 서버에 미치는 위험도를 정성적으로 제시하는 수준이며, 발주처로부터 요청받거나 발주처와 협의를 통해 결정된다.

상기 시스템 설계부(20)는, 상기 시스템 티어 등급 설정부(10)에서 설정된 티어 등급에 따라 백업 방식을 설정하고, 상기 전력 공급 시스템의 전력 계통 설계안을 도출한다.

상기 시스템 설계부(20)는, 전력 계통 설계안 도출부(21)와, 부하 계산부(22) 및 용량 계산부(23)를 포함한다.

상기 전력 계통 설계안 도출부(21)는, 작업자로부터 상기 UPS의 백업(Redundancy) 방식, 수전부에서 상기 UPS까지의 업스트림 세그먼트의 운용 방식, 상기 UPS에서 서버까지의 다운스트림 세그먼트의 운용 방식을 선택받고, 그에 따라 전력 계통 설계안을 도출한다.

도 3을 참조하면, 작업자는 표시된 상기 UPS의 백업 장식 중에서 하나를 선택하여 입력할 수 있다. 이 때, 상기 UPS의 백업 방식은 미리 설정된 티어 등급에 따라 다른 항목들이 표시된다. 즉, 상기 UPS의 백업 방식은, 단일 용량 백업(Capacity UPS), 격리형 백업(Isolated redundant), 병렬 백업(Parallel redundant), 블록 백업(Block redundant), 분산 백업(Distributed redundant) 및 시스템 이중화 백업(System plus system redundant)을 포함한다. 상기 UPS의 백업 방식은 상기 티어 등급에 따라 적합한 백업 방식이 다르기 때문에, 상기 UPS의 백업 방식들 중에서 상기 티어 등급에 따라 선택 가능한 항목들만 활성화되어 표시된다. 상기 티어 등급에 따라 적합한 백업방식은 미리 설정되어 저장된다.

또한, 상기 업스트림 세그먼트의 운용 방식도 상기 티어 등급에 적합한 항목들만 활성화되어 표시되며, 작업자는 표시된 항목들 중에서 하나를 선택할 수 있다. 상기 업스트림 세그먼트의 운용 방식에 대한 입력 항목은, 수전방식, 변전방식, 발전기 백업 개수, 변압기 백업 개수 중 적어도 일부를 포함한다. 상기 티어 등급에 따라 적합한 운용방식은 미리 설정되어 저장된다.

또한, 상기 다운스트림 세그먼트의 운용 방식도 상기 티어 등급에 적합한 항목들만 활성화되어 표시되며, 작업자는 표시된 항목들 중에서 하나를 선택할 수 있다. 상기 다운스트림 세그먼트의 운용 방식은, 랙의 전원공급장치의 백업 방식을 포함한다. 랙의 전원공급장치의 백업 방식은, 서버가 장착되는 랙에 전력을 공급시 필요한 백업 방식이다. 상기 티어 등급에 따라 적합한 운용방식은 미리 설정되어 저장된다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 부하를 계산하기 위해 필요한 변수를 입력받는 창의 일 예를 나타낸다.

도 4를 참조하면, 상기 부하 계산부(22)는, 상기 UPS의 부하, 전산실 동력 부하, 일반 동력부하, 전등 부하 및 기타 부하 등을 포함하여, 상기 데이터 센터 건물에서 필요한 전력 부하를 계산한다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 용량을 계산하기 위해 필요한 변수를 입력받는 창의 일 예를 나타낸다.

도 5를 참조하면, 상기 용량 계산부(23)는, 상기 전력 계통 설계안과 상기 전력 부하에 따라 전력 공급 시스템을 구성하는 주요 전력 설비들의 용량(sizing)을 계산한다. 상기 주요 전력 설비들의 용량은, 상기 UPS의 용량, 상기 변압기의 용량, 상기 발전기의 용량 및 수전 용량인 것으로 예를 들어 설명한다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 시스템 평가부에서 신뢰도와 가용성을 평가하기 위해 필요한 변수를 입력받는 창의 일 예를 나타낸다. 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 시스템 평가부에서 전력손실율을 평가하기 위해 변수를 입력받는 창의 일 예를 나타낸다.

도 7 및 도 8을 참조하면, 상기 시스템 평가부(30)는, 상기 시스템 설계부(20)에 도출한 상기 전력 계통 설계안에 대한 신뢰도(Reliability), 가용성(Availability) 및 전력 손실율(ELC, Electric Loss Component)을 계산하여, 상기 전력 계통 설계안을 평가한다.

상기 시스템 평가부(30)는, 신뢰도 계산부(31), 가용성 계산부(32) 및 전력 손실율 계산부(33)를 포함한다.

상기 신뢰도 계산부(31)는, 상기 전력 계통 설계안에 포함된 구성요소들에 대한 고장률(FR, Failure Rate)을 이용하여 신뢰도를 계산한다.

상기 구성요소들에 대한 고장률(FR)은, 작업자로부터 직접 입력받거나 컴퓨터의 데이터베이스에 기저장된 값을 선택하여 사용할 수 있다.

여기서, 상기 구성요소들은 상기 전력 계통 설계안을 구성하는 모든 전력 설비 요소들을 포함한다. 상기 고장률은, 제조처로부터 미리 제공받을 수 있는 정보이다.

상기 가용성 계산부(32)는, 상기 전력 계통 설계안에 포함된 구성요소들에 대한 고장간 평균 운용시간(MTBF, Mean Time Between Failures), 수리 및 점검에 소요되는 시간(MTTR, Mean Time to Repair)을 이용하여 상기 가용성을 계산한다.

상기 고장간 평균 운용시간(MTBF)과 상기 수리 및 점검에 소요되는 시간(MTTR)은 작업자로부터 직접 입력받거나 컴퓨터의 데이터베이스에 기저장된 값을 선택하여 사용할 수 있다. 상기 고장간 평균 운용시간(MTBF)과 상기 수리 및 점검에 소요되는 시간(MTTR)은 각 구성요소들의 제조처로부터 미리 제공받을 수 있는 정보이다.

상기 전력 손실율(ELC) 계산부(33)는, 상기 전력 계통 설계안에 따른 작동시 발생되는 전력 손실율을 계산한다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 따른 전력 공급 설계 방법을 설명하면, 다음과 같다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 데이터 센터 건물의 전력 공급 시스템을 설계하고, 설계안을 평가하는 방법을 나타낸 순서도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 데이터 센터 건물의 전력 공급 시스템의 설계 방법은, 등급 설정단계(S10), 설계단계(S20) 및 평가단계(S30)를 포함한다.

먼저, 상기 등급 설정단계(S10)에서는 상기 시스템 티어 등급 설정부(10)가 상기 전력 공급 시스템의 티어 등급을 설정한다.

도 3을 참조하면, 상기 시스템 티어 등급 설정부(10)는, 작업자로부터 티어 등급 또는 연간 허용 다운타임을 입력받는다.

상기 시스템 티어 등급 설정부(10)가 상기 작업자로부터 티어 등급을 입력 받으면, 입력된 티어 등급으로 설정한다.

한편, 상기 시스템 티어 등급 설정부(10)가 상기 작업자로부터 티어 등급을 입력받지 않고, 연간 허용 다운타임과 연간 허용 다운타임의 영향 수준을 입력받으면, 입력된 상기 연간 허용 다운타임과 상기 연간 허용 다운타임의 영향 수준에 따라 적절한 티어 등급을 도출하고, 도출된 티어 등급으로 설정한다.

상기 티어 등급이 설정되면, 상기 설계단계(S20)에서 상기 전력 공급 시스템의 전력 계통 설계안을 설계한다.

상기 설계단계(S20)는 상기 UPS의 백업방식을 선택하는 과정(S21), 상기 업스트림 세그먼트의 운용 방식 방식을 선택하는 과정(S22), 상기 다운스트림 세그먼트의 운용 방식을 선택하는 과정(S23), 상기 전력 계통 설계안을 도출하는 과정(S24), 상기 데이터 센터 건물의 전력 부하를 계산하는 과정(S25), 상기 전력 설비들의 용량을 계산하는 과정(S26)을 포함한다.

도 3을 참조하면, 상기 UPS의 백업방식을 선택하는 과정(S21)에서는, 작업자로부터 상기 UPS의 백업방식과 백업 수를 입력받는다.

상기 UPS의 백업방식은, 단일 용량 백업(Capacity UPS), 격리형 백업(Isolated redundant), 병렬 백업(Parallel redundant), 블록 백업(Block redundant), 분산 백업(Distributed redundant) 및 시스템 이중화 백업(System plus system redundant)을 포함하는 것으로 예를 들어 설명한다. 상기 UPS의 백업 방식은 상기 티어 등급에 따라 다른 백업 방식이 적용되어야 한다. 예를 들어, 티어 1이 설정되면, 단일용량 백업 방식만 활성화되고, 티어 2가 설정되면 격리형 백업 방식과 병렬 백업 방식이 활성화될 수 있다.

따라서, 상기 등급 설정단계(S10)에서 설정된 티어 등급에 적합한 백업 방식들만이 선택가능하도록 활성화되며, 작업자는 활성화된 백업 방식들 중 하나를 선택하여 입력할 수 있다.

상기 백업 수에 대한 선택 항목은, N, N+1, 2(N+1)를 포함하는 것으로 예를 들어 설명한다.

상기 업스트림 세그먼트의 운용 방식을 선택하는 과정(S22)에서는 작업자로부터 상기 업스트림 세그먼트의 운용 방식에 대해 입력받는다.

상기 업스트림 세그먼트의 운용 방식도 상기 등급 설정단계(S10)에서 설정된 티어 등급에 적합한 방식만이 선택가능하도록 활성화되며, 작업자는 활성화된 방식 중 하나를 선택하여 입력한다.

상기 업스트림은, 수전으로부터 상기 UPS까지의 전력 흐름을 의미한다. 상기 업스트림 세그먼트의 운용 방식은, 수전방식, 변전방식, 발전기 백업 개수, 변압기 백업 개수 중 적어도 일부를 포함한다.

상기 수전방식에 대한 선택 항목은, 1회선 수전방식, 2회선 수전방식 등을 포함하는 것으로 예를 들어 설명한다. 상기 변전방식에 대한 선택 항목은 직강압 방식, 2단 강압방식을 포함하는 것으로 예를 들어 설명한다. 상기 발전기 백업 수에 대한 선택 항목은 N, N+1, N+2, N+3, 2N, 2(N+1)를 포함하는 것으로 예를 들어 설명한다. 상기 변압기 백업 수에 대한 선택 항목은 N, N+1, 2(N+1)를 포함하는 것으로 예를 들어 설명한다. 상기 변압기(2단) 백업 수에 대한 선택 항목은, 상기 변전방식을 2단 강압방식으로 선택시에만 활성화되며, N, N+1, 2(N+1)를 포함하는 것으로 예를 들어 설명한다.

상기 다운스트림 세그먼트의 운용 방식을 선택하는 과정(S23)에서는 작업자로부터 상기 다운스트림 세그먼트의 운용 방식에 대해 입력받는다.

상기 다운스트림 세그먼트의 운용 방식도 상기 등급 설정단계(S10)에서 설정된 티어 등급에 적합한 방식만이 선택가능하도록 활성화되며, 작업자는 활성화된 방식 중 하나를 선택하여 입력한다.

상기 다운스트림 세그먼트의 운용 방식은, 랙의 전원공급장치의 백업 방식을 포함한다. 랙의 전원공급장치의 백업 방식에 대한 선택 항목은, PDU + Single-corded Loads, PDU with STS + Single-corded Loads, PDU with STS + Single/Dual-corded Loads, PDU + Dual-corded Loads를 포함하는 것으로 예를 들어 설명한다.

상기 전력 계통 설계안을 도출하는 과정(S24)에서는 상기 전력 계통 설계안 도출부(21)가 상기 티어 등급, 상기 UPS의 백업방식과 상기 업스트림 세그먼트의 운용 방식, 상기 다운스트림 세그먼트의 운용 방식에 적합한 상기 전력 계통 설계안을 도출한다.

상기 데이터 센터 건물의 전력 부하를 계산하는 과정(S25)에서는 상기 부하 계산부(22)가 전력 부하를 계산한다.

도 4를 참조하면, 상기 전력 부하는, 상기 UPS의 부하, 전산실 동력 부하, 일반 동력부하, 전등 부하 및 기타 부하 등을 포함하는 것으로 예를 들어 설명한다. 상기 일반 동력 부하는 전산실 외 일반적인 사무실 등에서 사용되는 냉난방 장치에 의해 요구되는 부하이다.

상기 각 전력 부하는 작업자가 직접 입력하고, 총 전력 부하는 컴퓨터가 계산한다.

상기 전력 설비들의 용량을 계산하는 과정(S26)에서는, 상기 용량 계산부(23)가 상기 UPS, 상기 변압기, 상기 발전기의 용량 및 수전 용량을 계산한다.

도 5를 참조하면, 수전 전압, UPS 역률, UPS 효율, 안전율, UPS 대수를 입력하면, 상기 UPS의 용량이 계산된다.

또한, 변압기 전압, 변압기 안전율을 입력하면, 상기 변압기의 용량이 계산된다.

또한, 발전기의 방식, 부하 수용율, 부하 종합 역률, 부하 종합 효율, 출력, 시동 방식에 따른 계수, 발전기 과도 리액턴스, 발전기 투입시 허용전압 강하율, 전동기 시동시 역률 중 적어도 일부를 입력하면, 상기 발전기의 용량이 계산된다.

도 6은 도 5에 도시된 창에서 용량 확인 및 결정을 선택시 필요한 변수를 입력받기 위해 오픈되는 창의 일 예를 나타낸다.

이후, 상기 평가단계(S30)에서는 상기 설계단계(S20)에서 도출된 상기 전력 공급 설계안에 대해 평가한다.

상기 평가단계(S30)는, 상기 시스템 평가부(30)가 상기 신뢰도를 평가하는 신뢰도 평가과정(S31), 상기 가용성을 평가하는 가용성 평가과정(S32) 및 상기 전력 손실율(ELC)을 평가하는 전력 손실율 평가과정(S33)을 포함한다.

상기 신뢰도 평가과정(S31)에서는, 상기 신뢰도 평가부(31)가 상기 전력 계통 설계안에 포함된 구성요소들에 대한 고장률(FR)을 이용하여 상기 신뢰도를 계산한다.

상기 구성요소들에 대한 고장률(FR)은, 작업자로부터 직접 입력받거나 컴퓨터의 데이터베이스에 기저장된 값을 선택하여 사용할 수 있다.

상기 신뢰도 평가부(31)는 상기 전력 계통 설계안을 RBD(Reliability Block Diagram) 모델을 이용하여, 블록도로 변환시킨다.

도 7 및 도 14를 참조하면, 상기 전력 계통 설계안을 블록도로 변환시킨 예가 도시되어 있다.

수학식 1을 참조하여, 상기 블록도의 구성요소별 고장율(FR)을 이용하여 각 구성요소의 신뢰도(R)를 계산할 수 있다. 상기 고장율(FR)은 구성요소들의 제조처로부터 미리 제공받을 수 있다.

상기 구성요소는, 상기 UPS, CB(Circuit Breaker), 변압기(TR,Transformer), ATS(Automatic Transfer Switch), PDU(Power Distribution Unit), 케이블(Cable) 등을 포함한다.

여기서, λ는 고장율이고, t는 시간이다.

상기 각 구성요소의 신뢰도를 각각 계산한 이후, 상기 전력 공급 시스템의 총 신뢰도 값을 계산한다.

상기 총 신뢰도 값은, 상기 구성요소들의 연결 방식이나 상기 전력 공급 시스템의 백업 방식에 따라 다르게 계산된다.

상기 UPS 백업 방식, UPS 업스트림 운용방식, UPS 다운스트림 운용방식이 결정되면, 그에 따라 구성요소들이 직렬 연결(업스트림-UPS-다운스트림)인지 병렬연결(리던던시 방식에 의해 결정)인지 결정된다.

수학식 2는 상기 구성요소들이 직렬 연결일 때 상기 전력 공급 시스템의 총 신뢰도 값을 계산하는 식이다.

수학식 3은 상기 구성요소들이 병렬 연결이고, 능동 백업방식(Active redundancy)일 때, 상기 전력 공급 시스템의 총 신뢰도 값을 계산하는 식이다.

수학식 4는 상기 구성요소들이 병렬 연결이고, 수동 백업방식(Passive redundancy)일 때, 상기 전력 공급 시스템의 총 신뢰도 값을 계산하는 식이다.

도 6을 참조하면, 상기 능동 백업방식과 상기 수동 백업방식은 상기 UPS, 상기 변압기 및 상기 발전기에 대해 선택되어 설정된다.

상기 능동 백업방식은, 예를 들어 3개의 장비가 동시에 운전하다가 하나가 고장나면 나머지 2개의 장비가 고장난 1개 장비의 용량을 분담하여 운전하는 방식이다. 상기 수동 백업방식은, 예를 들어 2개의 장비가 운전하다가 하나가 고장나면 대기(Standby)하고 있던 1개의 장비가 운전하는 방식이다. 상기 능동 백업방식은 액티브(Active) 백업 또는 패러렐(Parallel) 백업이라고도 하며, 상기 수동 백업방식은 패시브(Passive) 백업 또는 스탠바이(Standby) 백업라고도 한다.

상기 가용성을 평가하는 가용성 평가과정(S32)에서는, 상기 가용성 평가부(32)가 상기 전력 계통 설계안에 포함된 구성요소들에 대한 고장간 평균 운용시간(MTBF), 수리 및 점검에 소요되는 시간(MTTR)을 이용하여 상기 가용성을 계산한다.

상기 고장간 평균 운용시간(MTBF)과 상기 수리 및 점검에 소요되는 시간(MTTR)은 작업자로부터 직접 입력받거나 컴퓨터의 데이터베이스에 기저장된 값을 선택하여 사용할 수 있다. 상기 고장간 평균 운용시간(MTBF)과 상기 수리 및 점검에 소요되는 시간(MTTR)은 각 구성요소들의 제조처로부터 미리 제공받을 수 있는 정보이다.

수학식 5를 참조하면, 상기 가용성을 계산하는 방법은 다음과 같다.

상기 각 구성요소의 가용성을 각각 계산한 이후, 상기 전력 공급 시스템의 총 가용성 값을 계산한다.

수학식 6는 상기 구성요소들이 직렬 연결일 때 상기 전력 공급 시스템의 총 가용성 값을 계산하는 식이다.

수학식 7은 상기 구성요소들이 병렬 연결이고, 능동 백업방식(Active redundancy)일 때, 상기 전력 공급 시스템의 총 가용성 값을 계산하는 식이다.

수학식 8은 상기 구성요소들이 병렬 연결이고, 수동 백업방식(Passive redundancy)일 때, 상기 전력 공급 시스템의 총 가용성 값을 계산하는 식이다.

도 8을 참조하면, 상기 전력 손실율 평가과정(S33)에서는 상기 전력 손실율 계산부(33)가 작업자로부터 상기 UPS와 상기 업스트림 세그먼트와 상기 다운스트림 세그먼트에 대한 정보를 입력받는다.

상기 전력 손실율 평가과정(S33)에서 입력하는 입력 정보는, 상기 UPS의 입력 상(input phase), 상기 UPS의 입력전압, 상기 UPS의 허용전류, 상기 업스트림 세그먼트의 1차 변압기 효율, 2차 변압기 효율, 케이블의 길이 및 저항, 상기 다운스트림 세그먼트의 PDU 개수, PDU 입력 상(input phase), PDU 용량, PDU 출력 전압, PDU 효율, PDU 허용 전류, 케이블의 길이 및 저항을 포함한다.

상기 입력 정보는 상기 UPS, 상기 업스트림 세그먼트, 상기 다운스트림 세그먼트의 백업방식이나 운용방식에 따라 달라진다.

상기 전력 손실율 평가부(33)는, 상기 입력 정보에 따라 상기 UPS, 상기 업스트림 세그먼트 및 상기 다운스트림 세그먼트에 대한 전력 손실율을 각각 계산하고, 상기 전력 공급 시스템의 총 전력 손실율을 계산하여 도출한다.

상기 평가단계(S30)에서 계산된 상기 신뢰도, 상기 가용성 및 상기 전력 손실율은 각각 숫자로 출력된다.

상기 시스템 평가부(30)는, 상기 신뢰도, 상기 가용성 및 상기 전력 손실율은 각각 미리 설정된 기준값과 비교하여, 상기 설계단계(S20)에서 도출된 상기 전력 계통 설계안의 성능을 평가할 수 있다.

도 9 내지 도 13을 참조하면, 상기 전력 공급 설계 시스템은, 상기 설계단계(S2)에서 설계된 상기 전력 계통 설계안, 상기 부하, 상기 용량, 상기 RBD 모델, 상기 평가단계(S30)에서 계산된 상기 신뢰도, 상기 가용성 및 상기 전력 손실율을 각각 출력하여 표시할 수 있다.

상기와 같이 본 발명에 따른 전력 공급 설계 시스템에서는 티어 등급에 따라 전력 계통 설계안을 도출하고, 상기 전력 계통 설계안에 대해 성능을 미리 평가함으로써, 작업자의 업무 효율을 보다 향상시킬 수 있으면서 신뢰도 높은 최적안을 도출할 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

10: 시스템 티어 등급 설정부 20: 시스템 설계부
30: 시스템 평가부

Claims (14)

1. 서버, 스토리지 및 통신장비를 포함하는 IT 장비들이 설치된 데이터 센터 건물에서 UPS(Uninterruptible Power Supply), 변압기 및 발전기를 포함하는 전력 공급 시스템의 티어(Tier) 등급을 설정하는 시스템 티어 등급 설정부와;
   상기 시스템 티어 등급 설정부에서 설정된 티어 등급에 따라 작업자로부터 상기 UPS의 백업(Redundancy) 방식, 수전에서 상기 UPS까지의 업스트림 세그먼트의 운용 방식, 상기 UPS에서 상기 서버까지의 다운스트림 세그먼트의 운용 방식을 각각 선택받아서, 상기 전력 공급 시스템의 전력 계통 설계안을 도출하는 시스템 설계부와;
   상기 시스템 설계부에서 도출한 상기 전력 계통 설계안에 대한 신뢰도(Reliability), 가용성(Availability) 및 전력 손실율(ELC, Electric Loss component)을 계산하여, 상기 전력 계통 설계안을 평가하는 시스템 평가부를 포함하고,
   상기 티어 등급은 데이터 센터(IDC)를 인증하는 기관인 업타임 인스티튜트(Uptime institute)에서 데이터 센터의 안정성에 따라 인증을 주는 등급이며,
   상기 시스템 티어 등급 설정부는,
   상기 작업자로부터 티어 등급을 입력받아 설정하는 티어등급 입력부와,
   상기 작업자로부터 연간 허용 다운타임(Downtime)과 상기 연간 허용 다운타임의 영향 수준을 입력받고, 입력받은 정보에 따라 적합한 티어 등급을 도출하여 설정하는 티어 등급 도출부를 포함하고,
   상기 UPS의 백업 방식은, 단일 용량 백업(Capacity UPS), 격리형 백업(Isolated redundant), 병렬 백업(Parallel redundant), 블록 백업(Block redundant), 분산 백업(Distributed redundant) 및 시스템 이중화 백업(System plus system redundant) 및 백업 개수를 포함하고,
   상기 업스트림 세그먼트의 운용 방식은, 수전 방식, 변전방식, 발전기 백업 개수, 변압기 백업 개수 중 적어도 일부를 포함하고,
   상기 다운스트림 세그먼트의 운용 방식은, 상기 서버가 장착되는 랙의 전원공급장치의 백업 방식을 포함하고,
   상기 시스템 설계부는,
   상기 UPS의 백업 방식 중에서 상기 시스템 티어 등급 설정부에서 설정된 티어 등급에 따라 미리 설정된 백업 방식만 선택 가능하도록 활성화시켜 작업자로부터 선택받고,
   상기 업스트림 세그먼트의 운용 방식 중에서 상기 시스템 티어 등급 설정부에서 설정된 티어 등급에 따라 미리 설정된 운용 방식만 선택 가능하도록 활성화시켜 작업자로부터 선택받고,
   상기 다운스트림 세그먼트의 운용 방식 중에서 상기 시스템 티어 등급 설정부에서 설정된 티어 등급에 따라 미리 설정된 운용 방식만 선택 가능하도록 활성화시켜 작업자로부터 선택받고,
   상기 시스템 평가부는, 상기 전력 계통 설계안에 포함된 전력 설비들에 전력 설비들에 대한 고장률(FR)을 작업자로부터 입력받거나 데이터베이스에 기저장된 값을 선택하여 상기 신뢰도를 계산하는 신뢰도 평가부를 포함하는 데이터 센터 건물의 전력 공급 설계 시스템.
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 시스템 설계부는,
   상기 데이터 센터 건물의 전력 부하를 계산하는 부하 계산부와,
   상기 전력 계통 설계안과 상기 전력 부하에 따라 상기 UPS의 용량, 상기 변압기의 용량, 상기 발전기의 용량 및 수전 용량을 포함하는 시스템 용량을 계산하는 용량 계산부를 더 포함하는 데이터 센터 건물의 전력 공급 설계 시스템.
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 청구항 1에 있어서,
   상기 시스템 평가부는,
   상기 전력 계통 설계안에 포함된 전력 설비들에 대한 고장간 평균 운용시간(MTBF, Mean Time Between Failures), 수리와 점검에 소요되는 운용시간(MTTR, Mean Time to Repair)을 작업자로부터 입력받거나 데이터베이스에 기저장된 값을 선택하여 상기 가용성을 계산하는 가용성 평가부를 포함하는 데이터 센터 건물의 전력 공급 설계 시스템.
9. 청구항 1에 있어서,
   상기 시스템 평가부는,
   상기 전력 계통 설계안에 따른 작동시 발생되는 상기 전력 손실율을 계산하는 전력 손실율 계산부를 포함하는 데이터 센터 건물의 전력 공급 설계 시스템.
10. 서버, 스토리지 및 통신장비를 포함하는 IT 장비들이 설치된 데이터 센터 건물에서 시스템 티어 등급 설정부가 UPS(Uninterruptible Power Supply), 변압기 및 발전기를 포함하는 전력 공급 시스템의 티어(Tier) 등급을 설정하거나 작업자로부터 상기 티어 등급을 입력받는 등급 설정단계와;
    시스템 설계부가 상기 등급 설정단계에서 설정된 티어 등급에 따라 작업자로부터 상기 UPS의 백업(Redundancy) 방식, 수전에서 상기 UPS까지의 업스트림 세그먼트의 운용 방식, 상기 UPS에서 상기 서버까지의 다운스트림 세그먼트의 운용 방식을 각각 선택받아서, 상기 전력 공급 시스템의 전력 계통 설계안을 도출하는 설계단계와;
    시스템 평가부가 상기 설계단계에서 도출된 상기 전력 계통 설계안에 대한 신뢰도(Reliability), 가용성(Availability) 및 전력 손실율(ELC, Electric Loss Component)을 계산하여, 상기 전력 계통 설계안을 평가하는 평가단계를 포함하고,
    상기 티어 등급은 데이터 센터(IDC)를 인증하는 기관인 업타임 인스티튜트(Uptime institute)에서 데이터 센터의 안정성에 따라 인증을 주는 등급이며,
    상기 등급 설정단계는,
    상기 작업자로부터 티어 등급을 입력받으면, 입력된 티어 등급으로 설정하고,
    상기 작업자로부터 연간 허용 다운타임(Downtime)과 상기 연간 허용 다운타임의 영향 수준을 입력받으면, 입력된 상기 연간 허용 다운타임과 상기 영향 수준에 따라 티어 등급을 도출하여 설정하고,
    상기 설계단계에서는,
    상기 UPS의 백업 방식 중에서 상기 등급 설정단계에서 설정된 티어 등급에 따라 미리 설정된 백업 방식만 선택 가능하도록 활성화시켜 작업자로부터 선택받고,
    상기 업스트림 세그먼트의 운용 방식 중에서 상기 등급 설정단계에서 설정된 티어 등급에 따라 미리 설정된 운용 방식만 선택 가능하도록 활성화시켜 작업자로부터 선택받고,
    상기 다운스트림 세그먼트의 운용 방식 중에서 상기 등급 설정단계에서 설정된 티어 등급에 따라 미리 설정된 운용 방식만 선택 가능하도록 활성화시켜 작업자로부터 선택받고,
    상기 평가단계는,
    상기 전력 계통 설계안에 포함된 전력 설비들에 대한 고장률(FR)을 작업자로부터 입력받거나 데이터베이스에 기저장된 값을 선택하여 상기 신뢰도를 계산하는 신뢰도 평가과정과,
    상기 전력 설비들에 대한 고장간 평균 운용시간(MTBF, Mean Time Between Failures), 수리와 점검에 소요되는 운용시간(MTTR, Mean Time to Repair)을 작업자로부터 입력받거나 데이터베이스에 기저장된 값을 선택하여 상기 가용성을 계산하는 가용성 평가과정과,
    상기 전력 계통 설계안에 따른 작동시 발생되는 상기 전력 손실율을 계산하는 전력 손실율 평가과정을 포함하고,
    상기 UPS의 백업 방식은, 단일 용량 백업(Capacity UPS), 격리형 백업(Isolated redundant), 병렬 백업(Parallel redundant), 블록 백업(Block redundant), 분산 백업(Distributed redundant) 및 시스템 이중화 백업(System plus system redundant) 및 백업 개수를 포함하고,
    상기 업스트림 세그먼트의 운용 방식은, 수전 방식, 변전방식, 발전기 백업 개수, 변압기 백업 개수 중 적어도 일부를 포함하고,
    상기 다운스트림 세그먼트의 운용 방식은, 상기 서버가 장착되는 랙의 전원공급장치의 백업 방식을 포함하는 데이터 센터 건물의 전력 공급 설계 방법.
11. 삭제
12. 삭제
13. 청구항 10에 있어서
    상기 설계단계는,
    상기 데이터 센터 건물의 전력 부하를 계산하는 과정과,
    상기 전력 계통 설계안과 상기 데이터 센터 건물의 전력 부하에 따라 상기 UPS의 용량, 상기 변압기의 용량 및 상기 발전기의 용량 및 수전 용량을 포함하는 시스템 용량을 계산하는 과정을 더 포함하는 데이터 센터 건물의 전력 공급 설계 방법.
14. 삭제

Images