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Maximiser la disponibilité des onduleurs
Une évaluation comparative des types d’onduleurs et de leurs configurations de
déploiement pour le centre de données à haute disponibilité
par Chris Loeffler
Chef de produit, BladeUPS et applications de centre de données
Eaton Corporation
Synthèse
Les alimentations sans interruption (ASI) ou onduleurs jouent un rôle fondamental pour assurer la fiabilité
des systèmes informatiques. De ce fait, leur propre fiabilité est tout aussi cruciale. Chaque fois qu’un
onduleur tombe en panne, les charges électriques vitales pour la mission de l’organisation deviennent
extrêmement vulnérables.
Que peuvent faire les organisations pour optimiser la disponibilité des onduleurs ? Comme le montre ce livre
blanc, les réponses classiques à cette question ne sont généralement pas les meilleures. En fin de compte,
la fiabilité d’un onduleur dépend moins de son type ─ onduleur en veille active ou onduleur à double
conversion ─ que de la conception globale du système d’alimentation. Et la manière la plus sûre d’accroître
la fiabilité de l’onduleur est de s’efforcer de réduire au minimum le temps de réparation et de maximiser la
redondance, qu’il s’agisse de la redondance interne de vos onduleurs ou de la redondance à tous les
niveaux de votre protection électrique.
De plus, ce livre blanc explique pourquoi, contrairement aux idées reçues, les onduleurs modulaires offrent
une meilleure disponibilité bien qu’ils comportent un plus grand nombre d’éléments susceptibles de défaillir.
Sommaire
Le mythe du MTBF .............................................................................................................. 2
Types d’onduleurs et voies d’alimentation internes ............................................................. 3
Stratégies d’accroissement de la disponibilité des voies d’alimentation d’un onduleur ........ 4
Accroître la disponibilité en déployant des onduleurs en parallèle ....................................... 6
Architectures d’onduleur parallèles ...................................................................................... 7
Influence des batteries sur la fiabilité ................................................................................... 9
Conclusion : six mesures essentielles pour maximiser la disponibilité du système
d’alimentation ..................................................................................................................... 10
À propos d’Eaton ............................................................................................................... 11
À propos de l’auteur ........................................................................................................... 11

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Le mythe du MTBF
Le temps moyen de fonctionnement entre défaillances (MTBF, Mean Time Between Failures) est
traditionnellement utilisé par les fabricants d’onduleurs pour mesurer et exprimer la fiabilité. Mais en réalité le
MTBF est inadéquat pour prévoir la disponibilité d’un onduleur.
Pour comprendre cela, considérons un onduleur dont le MTBF est de 200 000 heures. Un profane pourrait
s’attendre à ce qu’un tel appareil connaisse une défaillance au bout de 200 000 heures de fonctionnement,
soit 23 ans. En fait, les fabricants d’onduleurs ne peuvent pas tester leurs produits sur une durée de 23 ans.
Au lieu de cela, ils calculent un MTBF initial basé sur la durée de vie prévue des composants de l’onduleur.
Puis, après avoir expédié un nombre d’appareils statistiquement significatif, ils remplacent ces premières
estimations par de nouvelles estimations basées sur les performances réelles sur le terrain. Mais les
nouveaux chiffres peuvent être trompeurs. Par exemple, si 2 500 onduleurs fonctionnent impeccablement
pendant une période d’étude de cinq ans, on aura un MTBF remarquablement élevé. Mais si l’un de leurs
composants a une durée de vie de six ans, 90% des onduleurs peuvent tomber en panne dans l’année
suivant la période d’étude.
De plus, il n’existe pas de norme universelle pour la mesure du MTBF. Depuis des années, la plupart des
organismes publics exigent des fabricants qu’ils fournissent des calculs basés sur l’édition la plus récente de
la norme MIL-HDBK-217F, tandis que de nombreux clients commerciaux ont adopté la méthode SR-332 de
Telcordia (Bellcore). Plus récemment, l’industrie des nouvelles technologies a établi que, pour apprécier la
fiabilité d’un produit, les fabricants ne doivent pas se limiter à ces méthodes de calcul, si utiles soient-elles.
Aussi les fabricants s’intéressent-ils de plus en plus à la conception en vue de la fiabilité (DFR, Design for
Reliability). À la différence des normes passées, qui se concentrent sur les composants électroniques
individuels et sur leur relation avec les circuits employés pour la conception du produit, les méthodologies
DFR font plus cas de l’utilisation prévue du produit dans des conditions diverses.
Ceci étant, au bout du compte, il n’existe pas une norme pour mesurer comment un onduleur accomplit sa
mission, qui est d’assurer la continuité de l’alimentation des charges qui lui sont reliées. Par suite, il est
presque impossible de comparer les chiffres de MTBF d’un fabricant avec ceux d’un autre.
La disponibilité offre une mesure un peu plus réaliste des systèmes de protection électrique essentiels. Étant
donné le rôle fondamental que jouent les onduleurs dans le centre de données, la capacité de remplacer
rapidement les éléments vieillissants ou défaillants est cruciale. La disponibilité combine le MTBF avec une
seconde caractéristique, le temps moyen avant remise en service (MTTR, Mean Time To Repair), qui
mesure le temps nécessaire pour diagnostiquer un problème et effectuer la réparation.
Disponibilité =
La disponibilité est généralement exprimée par un certain nombre de « neuf » représentant le pourcentage
de temps qu’un système donné est opérationnel sur un an d’utilisation. Ainsi, un onduleur ayant un MTBF de
500 000 heures et un MTTR de quatre heures aura une disponibilité de 0,999992, soit 99,9992%
(500 000 ÷ 500 004), ce qui donne un temps d’indisponibilité prévu de 4,2 minutes par an.
Cependant, bien qu’elle rende mieux compte de la fiabilité que les chiffres de MTBF seuls, la disponibilité
présente des défauts importants. En particulier, elle ne tient pas compte du temps passé en interventions
systématiques. S’il faut arrêter un système une fois par an pour un contrôle de routine, un réétalonnage ou
des opérations d’entretien général, sa disponibilité opérationnelle réelle sera moindre que celle suggérée par
la formule ci-dessus.

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Types d’onduleurs et voies d’alimentation internes
Bien que cela puisse augmenter les coûts, doter un onduleur de plusieurs voies d’alimentation assure que, si
des composants du système, tels que le convertisseur AC-DC, le convertisseur DC-AC ou la batterie interne,
tombent en panne, la continuité de l’alimentation des charges essentielles sera maintenue.
Il existe quatre types d’onduleurs :
 Avec les onduleurs en veille passive (« standby »), les équipements informatiques fonctionnent
sur le réseau électrique normal jusqu’à ce que l’onduleur détecte un problème et assure alors leur
protection contre les coupures de courant. Cependant, certains onduleurs en veille protègent
partiellement contre les sous-tensions et les surtensions avec un usage limité de la batterie. Ainsi,
les onduleurs en veille sont très économiques et très efficaces au point de vue énergétique mais
ils assurent parfois une protection incomplète contre les problèmes d’alimentation électrique.
 Les onduleurs en veille active (« line-interactive ») assurent une régulation de la tension du
secteur en l’élevant ou en l’abaissant avant de l’appliquer aux équipements protégés. Toutefois, ils
doivent utiliser la batterie pour protéger contre diverses anomalies de fréquence et contre les
pannes d’électricité.
 Les onduleurs à double conversion isolent complètement les charges essentielles du secteur
pour leur fournir une électricité fiable et propre. Ils sont moins efficaces au point de vue
énergétique que les onduleurs en veille passive ou active et dissipent donc plus de chaleur dans
le centre de données ou les locaux techniques.
 Les onduleurs multimodes à double conversion fonctionnent normalement avec un haut
rendement qui fait économiser de l’énergie et de l’argent. Cependant, lorsque les conditions
électriques l’exigent, ils passent automatiquement en mode double conversion pour assurer une
protection accrue. De plus, la plupart des onduleurs multimodes sont modulaires, ce qui accroît la
disponibilité en réduisant le temps nécessaire pour effectuer les opérations d’entretien et les
réparations.
Chacun de ces types d’onduleurs a des voies d’alimentation internes différentes. Un onduleur en veille
passive a généralement deux voies d’alimentation commandées par un unique commutateur de puissance.
Si ce commutateur tombe en panne, les équipements informatiques ne sont plus alimentés. La plupart des
systèmes en veille active sont limités à moins de 2 kVA, de sorte qu’une panne n’affecte généralement qu’un
petit nombre d’équipements informatiques.
Figure 1. Avec un onduleur en veille passive, en cas de défaillance du commutateur de puissance, les
équipements informatiques ne sont plus alimentés
Un onduleur en veille active comporte généralement deux voies d’alimentation complètement
indépendantes, dont l’une utilise une interface de puissance. En cas de défaillance de celle-ci, l’onduleur
peut fonctionner suffisamment longtemps en mode batterie pour permettre un arrêt ordonné des
équipements protégés. Certains onduleurs en veille active de haut de gamme comportent aussi une voie de
by-pass statique qui contourne les composants internes défaillants et connecte directement les équipements
informatiques au réseau électrique.
Figure 2. Voies d’alimentation dans un onduleur en veille active

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La plupart des onduleurs à double conversion comportent deux voies d’alimentation ─ une voie alimentée
par le réseau électrique normal ou par un groupe électrogène et une voie batterie ─ et :
 Un commutateur de by-pass statique automatique qui contourne un convertisseur AC-DC ou DC-
AC défaillant pour assurer l’alimentation directe des équipements informatiques par le réseau
 Un commutateur de by-pass de maintenance manuel qui permet aux techniciens d’intervenir sur le
système sans couper l’alimentation des charges protégées.
Figure 3. Voies d’alimentation d’un onduleur à double conversion
Certains onduleurs multimodes à double conversion comportent les mêmes voies d’alimentation que les
onduleurs à double conversion plus un commutateur de by-pass de maintenance automatisé qui assure
automatiquement le contournement du convertisseur DC-AC à chaque intervention sur les circuits
électroniques de l’onduleur. En outre, les onduleurs multimodes modulaires peuvent déterminer
automatiquement s’il faut transférer telle ou telle charge sur le secteur en laissant les autres sur onduleur.
Cela a pour effet d’améliorer le MTTR et de réduire le risque d’indisponibilité ou de coupure accidentelle lors
des opérations d’entretien et des réparations.
Figure 4. Voies d’alimentation d’un onduleur multimode à double conversion
Stratégies d’accroissement de la disponibilité des voies d’alimentation d’un
onduleur
Il y a plusieurs façons d’accroître la fiabilité des voies d’alimentation d’un onduleur :
 Installer des chaînes de batteries en parallèle. Équiper un onduleur d’une chaîne de batteries
en série peut accroître considérablement le risque de coupure de l’alimentation de la charge.
Imaginons, par exemple, qu’un gros onduleur ait 40 batteries en série (+ de la première batterie
relié au – de la suivante). Si un problème se produit au niveau de l’une quelconque de ces
batteries, toute la chaîne va probablement tomber en panne, entraînant la panne de l’onduleur lui-
même. Si l’on ajoute 40 autres batteries et que l’on réunit les points les plus positifs et les plus
négatifs, on a deux chaînes de batteries en parallèle. En cas de défaillance de l’une des chaînes,
l’onduleur peut généralement fonctionner pendant un certain temps sur l’autre chaîne, jusqu’à ce
qu’un groupe électrogène de secours prenne la relève ou jusqu’à l’arrêt ordonné des équipements
utilisateurs.

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Figure 5. Équiper un onduleur d’une chaîne de batteries en parallèle réduit sensiblement le risque de panne
de l’onduleur à cause d’une panne de batterie
 Installer un groupe électrogène. Les batteries sont une source temporaire d’énergie. Lors d’une
coupure de courant prolongée, même les meilleures chaînes de batteries s’épuisent. Dans ce cas,
la présence d’un groupe électrogène est d’un grand secours.
Figure 6. Voies d’alimentation d’un onduleur avec un groupe électrogène de secours
 Équiper l’onduleur d’un commutateur de by-pass statique automatique. En cas de
défaillance interne de l’onduleur ou en cas de surintensité ou de court-circuit au niveau des
charges protégées par l’onduleur, cet appareil connecte directement le réseau électrique ou le
groupe électrogène aux équipements informatiques, sans passer par les convertisseurs AC-DC et
DC-AC. Un commutateur de by-pass statique opère généralement ce transfert en 3 à 8
millisecondes en présence d’un défaut, sans perturber les équipements informatiques.
Figure 7. Voies d’alimentation d’un onduleur avec un commutateur statique interne