[논문]슈퍼컴퓨터 시스템을 위한 무정전 전원공급 시스템의 구축

성진우; 우준; 김성준; 최윤근; 홍태영; 이영주; 장지훈; 이상동

슈퍼컴퓨터 시스템을 위한 무정전 전원공급 시스템의 구축
The Construction of the UPS system for supercomputer system 원문보기

성진우 , 우준 , 김성준 , 최윤근 , 홍태영 , 이영주 , 장지훈 , 이상동

This study described the design and construction of uninterruptible power supply(UPS) system for supercomputering system. KISTI's supercomputer system is served for all 24 hours, and power be achieved in stable voltage and frequency range. We analyzed the electric power usage for 4 years, and we considered cost and stability and we contructed UPS for supercomputer system.

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문제 정의

슈퍼컴퓨터 시스템을 구성하고자 할 경우에 시스템을 위한 전력량, 향후의 소요량, 변화량 그리고 여유량까지 고려하여 구성한다는 것은 쉬운 일이 아니다. 본 논문에서는 슈퍼컴퓨터 시스템의 과거 전력사용 특성을 알아보았으며, 이를 토대로 UPS 구성과 용량을 산정한 사례를 기술하였다. 용량산정방식이 합리적인 용량산정이라는 것이 전력사용통계자료를 통하여 확인하였다.
본 연구에서는 슈퍼컴퓨터 4호기 시스템을 위한 무정전 전원공급시스템의 구축내용에 대하여 설명하며, 표준적인 컴퓨터시스템의 전원계통구성과 비교하여 고려하여야 할 사항을 제시하고자 한다.
이 논문은 대용량 컴퓨터 시스템을 위한 UPS 시스템 구성에 있어서 적당한 구성기준을 알고자 했던 관리자나 설계자에게 참고 자료가 될 것이다. 향후의 연구로는 컴퓨터 기종별/용량별 실제소비전력량을 파악하는 일이다.

제안 방법

UPS의 한전전원은 전원안정화를 위하여 ALTS(자동 부하 전환 개폐기, Automatic Load Transfer Switch)를이용하여 두 곳으로부터 수전을 받으며 한곳이 정전이 되더라도 자동으로 절체가 되어 정상적으로 전원을 공급받을 수 있게 구성하였다.
구성내용으로는 UPS시스템은 5대와 4대의 UPS 시스템이 Iset으로 구성되며 그중에서 1대에 장애가 발생하거나 점검중이라도 안정적인 전원공급이 유지되도록 병렬로 구성하였다. 슈퍼컴퓨터 2차 시스템까지 설치가 되고 나면 3set의 대규모 UPS 시스템이 가동된다.
냉각공조 시스템까지 UPS가 지원하게 되면 1Z3 정도의 UPS 용량이 더 필요하게 된다. 그래서 냉각공조 시스템에 UPS를 지원하지 않는 대신에 냉수 저장 설비인 수축열 시스템을 구축하여 전원 둥으로 인한 냉각공조시스템의 장애로 인한 영향을 최소화하도록 구성하였다. UPS의 용량을 산정하고자 할 경우에 쓰이는 계산식은 2가지 정도가 사용된다.
슈퍼컴퓨터 시스템은 24시간 연속적으로 가동되어야 하는 시스템으로서, 안정적인 전원공급이 필요한 부하들이다 그러므로 무정전 전원공급 시스템이 필요하다 슈퍼컴퓨팅센터에서는 슈퍼컴퓨터 4 호기 신규시스템을 위한 대규모 무정전 전원공급(UPS) 시스템으로 구성되는 전력시스템을 구축하였다. 슈퍼컴퓨터 시스템을 구성하고자 할 경우에 시스템을 위한 전력량, 향후의 소요량, 변화량 그리고 여유량까지 고려하여 구성한다는 것은 쉬운 일이 아니다.
본 논문에서는 슈퍼컴퓨터 시스템의 과거 전력사용 특성을 알아보았으며, 이를 토대로 UPS 구성과 용량을 산정한 사례를 기술하였다. 용량산정방식이 합리적인 용량산정이라는 것이 전력사용통계자료를 통하여 확인하였다.(그림 5~7)

대상 데이터

축전지의 용량은 600AH 384cell로 구성되어 있다. 발전기는 2대를 보유하고 있으며 단위용량은 l, 250KW로서 2001년도에 구입하였다.

성능/효과

구성되는 설비들은 UPS, 축전지, 입력분 기반, 출력분기반, 유지보수 스위치반, 원격감시 제어반, 축전지 스위치반, UPS 및 축전지 가대, 장치(UPS, 축전지, 입력분기반, 출력분기반, 유지보수 스위치반, 원격감시 제어반 축전지 스위치반)간 전원결선 등이다 UPS의 정류부 및 인버터부 제어방식은 ALL IGBT 방식으로 UPS 입력 전원은 380[W220[V] x ®[Hz] x 3상 4선이다. 구성되는 UPS의 장비특성은 입력 역류 고조파 전류(THDI)는 3% 이내이며, 전압변동범위는 ±10%, 주파수 60Hz, 주파수 변동범위는 ±5%, 입력 역율은 On-Line Mode에서 98% 이상이며, 종합 효율은 On-Line Mode에서 98% 이상이다. 출력부의 특성은 전압안정도는 ±5% 이상이며, 부하역률은 0.

후속연구

UPS 시스템을 구성하고자 할 경우에 정확한 부하의 소요 전력을 알 수가 없는 경우가 많다. 또한 장기간의 수요까지 예측하여 UPS 용량을 구성하여야 한다면 구성방안이나 용량산정은 어려운 작업이 될 것이다. 용량산정이 과다하거나 과소하게 설계가 되었다면 예산이 낭비되거나 정상적인 컴퓨터 시스템의 가동에 차질어 발생할 수 있다.
설계자에게 참고 자료가 될 것이다. 향후의 연구로는 컴퓨터 기종별/용량별 실제소비전력량을 파악하는 일이다.

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