La norme de produit relative aux systèmes d'alimentation sans coupure (ASI) EN 62040 définit différents types d'ASI, parmi lesquels l'ASI VFI (« en ligne », à double conversion) se distingue. Ce type d'ASI se caractérise par la génération d'une forme d'onde de sortie pour la charge dont la tension et la fréquence sont indépendantes du réseau électrique. D'un point de vue qualitatif, ce type d'ASI offre les meilleures performances car il isole la charge de toutes les perturbations du réseau. Il génère une nouvelle forme d'onde en convertissant d'abord la tension de la source primaire en courant continu, puis en régénérant une forme d'onde totalement exempte de perturbations pour les charges critiques. Cependant, bien que cette topologie offre la plus haute qualité, elle est la moins efficace car l'énergie circule à pleine puissance à travers deux convertisseurs en série, ce qui entraîne des pertes d'énergie cumulées dans les deux convertisseurs.

Évolution des systèmes d'alimentation sans coupure (ASI) de type « VFI » :
La performance étant le principal point faible de ce type d'ASI, les fabricants ont fait évoluer l'architecture du convertisseur afin d'améliorer à la fois le rendement et la performance. Cette évolution a conduit des redresseurs à thyristors initiaux à 6 et 12 impulsions aux redresseurs actifs à modulation de largeur d'impulsion (PWM), et des onduleurs ferro-résonants ou PWM avec transformateurs basse fréquence aux onduleurs triphasés multiniveaux sans transformateur de courant. Le rendement a ainsi pu passer d'environ 88 % à 96-97 % actuellement. Bien que le rendement maximal n'ait pas encore été atteint, les études menées jusqu'à présent suggèrent qu'une amélioration substantielle des performances topologiques est improbable. Des améliorations pourraient toutefois être obtenues grâce à l'utilisation de nouveaux matériaux semi-conducteurs tels que le carbure de silicium (SiC) ou le nitrure de gallium (GaN), ou encore de nouveaux matériaux magnétiques. Cependant, à l'heure actuelle, le coût de ces composants demeure très élevé.

Onduleurs parallèles N+1 : Alimentation électrique garantie pour les applications critiques.
Une fois les performances maximales actuellement atteintes (96 % à 97 % avec les technologies de commutation multiniveaux), et en attendant l’intégration de nouveaux dispositifs qui amélioreront ce chiffre, la disponibilité du système (A = MTBF/(MTTR + MTBF)) peut être considérablement accrue grâce à une configuration d’onduleurs parallèles « N+1 », où « N » représente le nombre d’onduleurs nécessaires pour alimenter la totalité de la charge et « 1 » un onduleur utilisé comme système de secours redondant. Ceci permet une disponibilité de 99,9999 % (A ≥ 0,99999 %), soit 5 minutes d’indisponibilité par an, ou de 99,99999 % (A ≥ 0,999999 %), soit 30 secondes d’indisponibilité par an. En définitive, cela améliore la fiabilité du centre de données et réduit le coût total de possession (TCO) lié à sa consommation énergétique.
De même, grâce à la technologie parallèle, il est possible d'atteindre un niveau de certification élevé (Tier III ou Tier IV), une classification publiée par l'Uptime Institute et intitulée « Data Center Site Infrastructure Tier Standard: Topology », selon laquelle un équipement répondant aux niveaux Tier III ou Tier IV garantit les meilleurs niveaux de fiabilité et de disponibilité, non seulement grâce aux spécifications strictes de l'onduleur utilisé, mais aussi grâce à la conception complète de l'environnement du centre de données, du système de refroidissement et de la distribution électrique aux charges critiques.

Le concept de modularité des onduleurs est difficile à définir de manière unique. On peut l'exprimer de différentes façons : Modularité de puissance: Il s'agit d'un onduleur dont l'architecture suit un schéma comportant des composants communs et d'autres composants (modules de puissance) qui se répètent, d'un module unique jusqu'à un nombre total de modules suffisant pour couvrir les besoins en énergie de l'application. Les composants communs sont généralement ceux qui ne gèrent pas l'alimentation, tels que l'électronique de contrôle et de gestion du fonctionnement de l'onduleur, les interfaces de communication pour les périphériques externes (communications série, parallèle, CAN, USB, TCP/IP, interfaces relais, interfaces d'entrée/sortie numériques, etc.), un banc de batteries commun (avec ou sans chargeur), des filtres EMI d'entrée/sortie, des bornes d'entrée/sortie/batterie, ou encore le boîtier (armoire ou coffret selon la puissance maximale) pouvant accueillir le maximum de modules. Les composants non communs sont les différents modules de puissance qui permettent de configurer l'équipement avec la puissance et la redondance souhaitées. Les différents modules d'une même puissance nominale sont connectés en parallèle, de sorte que la puissance totale de l'équipement corresponde à la somme des puissances nominales de tous les modules connectés en parallèle. Cette structure présente des éléments non redondants dont la défaillance entraînerait une panne du système. Cependant, les modules de puissance sont redondants : si l'un d'eux tombe en panne, le système peut continuer à fonctionner grâce aux modules restants, qui fourniront une puissance inférieure à la puissance initiale. Un surdimensionnement approprié, et en fonction de celui-ci, permet au système de tolérer la défaillance d'un ou plusieurs modules de puissance.

Modularité fonctionnelle de l'alimentation :
Cette structure est similaire à la précédente, car elle comporte des composants communs et d'autres non. Concernant ces derniers, le bloc d'alimentation d'un onduleur « VFI » à double conversion se compose généralement d'une série de convertisseurs de puissance, que nous listons ci-dessous :
redresseur PFC, onduleur, chargeur de batterie et module de commutation statique.
Dans la section précédente, relative à la « modularité de l'alimentation », ces convertisseurs étaient considérés comme un seul module. On peut également envisager une autre forme de modularité en considérant chaque convertisseur comme un module parallélisable. Cette approche offre une flexibilité accrue, car elle permet de dimensionner indépendamment la puissance et la redondance de chaque convertisseur. Par exemple, on peut dimensionner un onduleur avec davantage de redresseurs et de chargeurs pour augmenter la capacité de charge de la batterie, ou avec davantage d'onduleurs pour fournir une puissance transitoire plus importante en sortie.

La modularité totale
repose sur la conception de chaque module comme un système d'alimentation sans coupure (ASI) complet. Les seuls éléments communs sont donc le boîtier, les connexions amont à l'entrée et aval à la sortie de l'ASI, les connexions de la batterie, l'interface de communication avec le réseau et le système de surveillance.
Il existe deux variantes de ces systèmes, chacune présentant ses propres avantages et inconvénients :
Système modulaire avec bypass statique distribué : Chaque module intègre son propre système de commutation statique pour injecter la sortie de son onduleur sur le réseau. Dans un système distribué, une synchronisation parfaite entre les modules est essentielle pour garantir une commutation simultanée.
Système modulaire avec bypass statique centralisé : Dans ce cas, le système de transfert statique onduleur-réseau est unique et constitue donc un élément commun à l'ASI.
Le choix de la meilleure option en termes de fiabilité et de disponibilité fait actuellement débat. Les systèmes à bypass distribué présentent l'avantage d'une redondance du bypass, qui ne constitue plus un point critique. De plus, les critères de dimensionnement de la puissance et du courant maximum du bypass sont généralement beaucoup plus permissifs que ceux des onduleurs, ce qui améliore la disponibilité en cas de défaillance d'un module de bypass. Un inconvénient réside dans le fait que, tout comme la puissance du bypass, sa commande l'est également, ce qui complique la décision de basculer entre l'onduleur et le bypass. Cette décision doit être synchrone pour tous les modules connectés en parallèle, ce qui complexifie la gestion du bypass distribué.
Dans les systèmes à bypass centralisé, la manœuvre de commutation entre l'onduleur et le bypass est évidemment beaucoup plus simple grâce à l'existence d'un seul module de puissance de bypass, même si ce module constitue alors un point critique non redondant.
Une troisième solution de compromis entre les deux systèmes est un bypass centralisé avec redondance 1+1. Certains fabricants ont introduit cette troisième option, qui combine les avantages et les inconvénients des deux précédentes.

Onduleurs modulaires (modularité complète)
Les onduleurs modulaires décrits ci-dessus sont généralement installés dans un rack (horizontal) à l'intérieur d'une armoire, avec une capacité de puissance maximale spécifique. La structure modulaire de l'onduleur offre plusieurs avantages, particulièrement importants dans les applications de centres de données :
1) Faible encombrement : l'onduleur nécessite un espace au sol minimal.

2) Haute fiabilité : Configurable avec N+m unités, ce système permet de choisir le niveau de redondance souhaité pour chaque centre de données (ou autre application), en fonction de sa criticité.
3) Haute disponibilité : Offrant la même fiabilité qu’un module par rapport à un système d’alimentation sans coupure (UPS) classique, des niveaux de disponibilité (A) de 99,9 ...

4) L'efficacité du système peut être optimisée de deux manières : a. Amélioration des performances énergétiques des modules. La conception d'un module unique (ou d'un petit nombre de types de modules) facilite l'optimisation des convertisseurs de puissance afin d'obtenir des performances maximales, en sélectionnant pour chaque module la topologie la plus efficace et les composants présentant les pertes d'énergie les plus faibles. b. Une gestion intelligente de l'énergie optimise les performances des modules. De plus, des critères de cyclage peuvent être appliqués pour égaliser la durée de fonctionnement de tous les modules du système, optimisant ainsi leur fiabilité et celle de l'ensemble du système. Il est également possible de mettre en œuvre des critères de « veille » pour les modules, qui sont alors mis hors tension et en réserve, prêts à être activés pour renforcer la disponibilité du système.


5) Évolutivité : La capacité d'adapter la puissance du système à l'évolution et à la croissance futures 

du centre de données est sans aucun doute l'un des principaux avantages de la modularité par rapport aux solutions à puissance fixe.
6) Adaptabilité de la puissance : La solution modulaire varie évidemment en fonction de la puissance requise. La principale différence dans la configuration d'un système modulaire réside dans la puissance de chaque module. On peut ainsi envisager des systèmes basés sur des modules de 30 à 40 kVA pour les onduleurs de moyenne puissance, ou sur des modules de 50, 100 ou 200 kVA pour les onduleurs de grande puissance.
7) Adaptation aux niveaux de performance des centres de données : La solution modulaire permet de concevoir des systèmes parfaitement adaptés aux niveaux de performance les plus exigeants définis par l'Uptime Institute.
8) Réduction du coût total de possession (TCO) : Cette réduction est obtenue grâce à une diminution des dépenses d'exploitation (Opex), car les systèmes modulaires, avec une gestion appropriée, atteignent une efficacité énergétique maximale, tant au niveau des modules que du système dans son ensemble. Un autre aspect important est la réduction des CAPEX (dépenses d'investissement), principalement parce que la fabrication d'un grand nombre de modules identiques permet de réaliser des économies d'échelle qui améliorent les coûts de fabrication des systèmes UPS.

Fiabilité (MTBF) et disponibilité (A) de différents types de systèmes d'alimentation sans coupure (ASI).
L'objectif principal de la mise en œuvre d'un système ASI est d'améliorer la fiabilité de l'alimentation électrique dans les limites de la technologie actuelle. Le but ultime est d'isoler le système de toute perturbation du réseau électrique principal (réseau commercial).
Les premiers systèmes ASI (années 1960) étaient composés d'un redresseur, d'une batterie et d'un onduleur. Ils étaient conçus pour stabiliser la puissance de sortie et assurer la continuité de l'alimentation de la charge en cas de panne du réseau principal. La fiabilité de cette chaîne ASI simple dépendait de la fiabilité de deux des trois éléments critiques connectés en série : l'onduleur et le bus CC des batteries. Une défaillance de l'un d'eux entraînait une chute de charge immédiate.
Au début des années 1970, le commutateur de dérivation statique a été introduit pour permettre un transfert de charge ininterrompu vers le réseau de secours en cas de panne ou de surcharge de l'onduleur. Cette alimentation de secours, bien que beaucoup moins fiable que les systèmes UPS, sert de source d'alimentation de secours en cas de panne d'un onduleur ou d'un bus CC (batterie), permettant l'alimentation continue de la charge pendant la réparation de la panne.

Cette nouvelle architecture améliore considérablement la fiabilité globale, qui ne dépend plus principalement de la fiabilité de la chaîne Onduleur + Bus CC. La disponibilité des nouveaux onduleurs avec bypass statique dépendait de la qualité du réseau électrique (MTBF_NETWORK), du temps de réparation de l'onduleur (MTTR_SAI) et de la fiabilité du disjoncteur statique (MTBF_BYP).
Cependant, ces dernières années, l'essor du stockage en nuage et la nécessité de sauvegarder d'importants volumes de données dans les infrastructures de serveurs (centres de données) ont engendré une demande accrue de niveaux de fiabilité pour les systèmes de sécurité, notamment les onduleurs. Les charges critiques ne peuvent plus reposer sur une seule configuration d'alimentation par onduleur avec bypass statique. Le recours à des onduleurs à configurations parallèles redondantes (n+1) devient indispensable. Le principal critère de choix d'un type d'onduleur doit être la garantie optimale de l'intégrité des données collectées à l'échelle mondiale. Par conséquent, une étude comparative de la fiabilité (MTBF) et de la disponibilité (A) des différents types d'onduleurs est nécessaire pour faire le bon choix. Une comparaison de la fiabilité de différentes configurations d'onduleurs doit s'appuyer sur les données de fiabilité conformes à la norme MIL-HDBK-217 F (not. 2, 1995).
Le taux de défaillance d'un convertisseur est défini comme suit : λ_conv = 1 / MTBF_conv. La disponibilité (A) est définie comme suit : A = MTBF_UPS / (
MTBF_UPS + MTTR_UPS)
. Onduleur individuel sans commutateur de dérivation statique (BYP).

La fiabilité d'un système d'alimentation sans coupure (UPS) sans circuit de dérivation dépend de la fiabilité du redresseur, de la batterie et de l'onduleur (voir figure 1). Dans ce système, en cas de défaillance prolongée de l'onduleur, du bus CC (batteries) ou du redresseur (dépassant l'autonomie du système), la tension de sortie serait nulle.

Calcul du MTBF (MTBF_[SAI])
Où : MTBF_[SAI] : le temps moyen entre les pannes d’unité sans dérivation statique
λ_[SAI] : le taux de panne d’une unité sans commutateur de dérivation statique λ_[RECT] : le taux de panne du redresseur λ_[BAT] : le taux de panne du bus CC, y compris la connexion à la batterie λ_[INV] : le taux de panne de l’onduleur
MTBF_[SAI] = 1 / λ_[SAI] λ_[SAI] = λ_[RECT] + λ_[BAT] + λ_[INV] En supposant les valeurs indicatives suivantes :
λ_[RECT] = 20 par million d’heures λ_[BAT] = 10 par million d’heures λ_[INV] = 20 par million d’heures
Le MTBF_[SAI] pour un système UPS sans commutateur de dérivation statique serait d’environ 20 000 heures.

Onduleurs individuels avec commutateurs de dérivation statiques: La fiabilité d’un onduleur peut être considérablement accrue par l’ajout d’un réseau d’alimentation redondant, connecté à l’alimentation principale de l’onduleur via un commutateur de transfert à dérivation statique (figure 2). Par exemple, en cas de défaillance de l’onduleur, la charge ne sera pas coupée mais basculée sans interruption de l’onduleur vers le réseau électrique.

Calcul du MTBF (MTBF_[SAI + BYP])
Où :
MTBF_[SAI + BYP] : temps moyen entre les pannes de l’onduleur avec commutateur de dérivation statique ;
MTBF_[M] : temps moyen entre les pannes de l’alimentation secteur ;
λ_[SAI] : taux de panne d’une unité sans commutateur de dérivation statique
; λ_[SAI + BYP] : taux de panne d’un onduleur avec commutateur de dérivation statique
; λ_[M] : taux de panne de l’alimentation secteur ;
λ_[SAI]//λ_[M] : taux de panne d’une unité sans commutateur de dérivation statique en parallèle avec le taux de panne de l’alimentation secteur ;
λ_[BYP] : taux de panne du commutateur de dérivation statique, de l’alimentation ou de la commande ; MTTR_[BYP] : temps moyen de réparation du commutateur de dérivation statique ; MTTR_[M] : temps moyen de réparation de l’alimentation secteur ; MTTR_[SAI] : temps moyen de réparation d’un onduleur avec commutateur de dérivation statique.

La figure 3 montre comment, dans un système comportant deux sources de tension connectées en parallèle (SCR#1 et SCR#2), le calcul du taux de défaillance du système parallèle sera : 

λ_[parallèle] = λ_[SRC#1]//λ_[SRC#2] = λ_[SRC#1] x λ_[SRC#2] x (MTTR_[SRC#1] + MTTR_[SRC#2]) (1)
En appliquant l'expression (1) au cas de l'UPS avec by-pass statique : λ_[SAI+BYP] = λ_[SAI]//λ_[M] + λ_[BYP] =
(λ_SAI x λ_M x (MTTR[SAI] + MTTR_[M])) + λ_BYP (2) MTBF_[SAI+BYP] = 1/λ_[SAI+BYP] (3) Avec les statistiques d'analyse des défaillances utilisées ci-dessus :
λ_[RECT] = 20 par million d'heures λ_[BATT] = 10 par million d'heures λ_[INV] = 20 par million d'heures
. On obtient : MTBF[SAI] = 20 000 heures. On peut également ajouter d'autres données statistiques, par exemple :
λ_[BYP] = 2/1 000 000 = 0,000002 heure ; MTBF_[M] = 50 heures (cette valeur représente un réseau de « bonne qualité ») ; MTTR_[SAI] = 6 heures (MTTR d'un onduleur « autonome », non modulaire) ; MTTR_[M] = 0,1 heure.
En utilisant ces données dans l'expression (2) : λ_[SAI + BYP] = ((1/20 000) x (1/50) x (6 + 0,1)) + (2/1 000 000) =
(0,00005 x 0,02 x 6,1) + 0,000002 = 0,0000081 MTBF_[SAI + BYP] = 1/( λ_[SAI + BYP]) = 1/0,0000081 = 123,456 h
En tenant compte des expressions (2) et (3), on peut observer que la fiabilité d'un UPS avec un commutateur de dérivation statique (MTBF_[SAI + BYP]) dépend des paramètres suivants : les fiabilités de l'UPS et du réseau ( λ_SAI, λ_M ), le MTTR de l'UPS et du réseau et la fiabilité du commutateur de dérivation statique ( λ_BYP ).

Onduleurs redondants en parallèle avec commutateur de dérivation statique
La fiabilité d'un seul onduleur peut être considérablement augmentée en introduisant une configuration parallèle redondante (Figure 4).

Calcul du MTBF pour un système UPS parallèle redondant (n+1) (MTBF_[(n+1)SAI+BYP])
Taux de défaillance : λ _[(n+1)SAI+BYP] = (λ_[SAI1]//λ_[SAI2]........//λ_SAI[(n+1)]) + +
(n+1) x λ_[PBUS] + (λ_[BYP1]//λ_[BYP2].......//λ_[BYP(n+1)])
~_ (n+1) x λ_[PBUS]
Fiabilité : MTBF_[(n+1)SAI+BYP] = 1/λ_[(n+1)SAI+BYP] Disponibilité :
A[(n+1)SAI+BYP] = MTBF [(n+1)UPS+BYP] MTBF_[(n+1)SAI+BYP] + MTTR_[SAI]

La fiabilité d'un système d'alimentation sans coupure (ASI) redondant (n+1) dépend largement du taux de défaillance du bus parallèle, qui constitue le point de défaillance le plus critique. Les chaînes d'ASI redondantes, les commutateurs de dérivation statiques et leur électronique de commande, ainsi que la tension secteur, sont tous des éléments redondants et ont donc un impact négligeable sur la fiabilité globale.

Les valeurs suivantes ont été utilisées dans le tableau ci-dessus : MTBF_[M] = 50 heures, ce qui correspond à un réseau de « bonne qualité » ; λ_[PBUS] = 0,4 par million d’heures. Les calculs effectués pour n = 1, n = 2 et n = 3 donnent les résultats suivants :

+
λ_[PBUS]
Taux de défaillance et MTBF Pourquoi le terme (λ_[SAI1]//λ_[SAI2]…//λ_[SAI(n+1)]) en supposant n=2 → = (λ_[SAI1] x λ_[SAI2] x λ_[SAI3]) x (MTTR_[SAI1] + MTTR_[SAI2] + MTTR_[SAI3]) = = (1/20 000) x (1/20 000) x (1/20 000) x (3x6) = 0,00005 x 0,00005 x 0,00005 x 18 = 2,25 exp -12 Pour n=3 → 1,5 exp -16 Pour n=4 → 9,38 exp -21 Taux de défaillance très faibles Et le terme (λ_[BYP1]//λ_[BYP2]........//λ_[BYP(n+1)]) en supposant n=2 → =(λ_[BYP1] x λ_[BYP2] x λ_[BYP3]) x (MTTR_[BYP1] + MTTR_[BYP2] + MTTR_[BYP3]) = = ((2/1 000 000) x (2/1 000 000) x (2/1 000 000)) x (3x6) = 1,4 exp -16 Nombre encore plus petit. La formule se résume donc à : λ(n+1)[SAI+BYP] = (n+1) x λ_[PBUS] = (n+1) x 0,4/1,000000. Pour n=1 : λ(1+1)[SAI+BYP] = (1+1) x λ_[PBUS] = (1+1) x 0,4/1 000 000 = 0,8/1 000 000. MTBF[SAI+BYP] = 1/λ(1+1)[SAI+BYP] = 1 250 000 h. Pour n=2 : λ(2+1)[SAI+BYP] = (2+1) x λ_[PBUS] = (2+1) x 0,4/1 000 000 = 1,2/1 000 000. MTBF[SAI+BYP] = 1/ λ(2+1)[SAI+BYP] = 833 333 h Pour n=3→ λ(3+1)[SAI+BYP] = (3+1) x λ_[PBUS] = (3+1) x 0,4/1 000 000 = 1,6/1 000 000 MTBF[SAI+BYP] = 1/ λ(3+1)[SAI+BYP] = 625 000 h

Disponibilité :
A_[(n+1)SAI+BYP] = MTBF_[(n+1)SAI+BYP] MTBF_[(n+1)SAI+BYP] + MTTR_[(n+1)SAI+BYP]
Pour n=1 A(1+1) = 1 250 000 / (1 250 000 + 12) = 0,9999904 (5 neuf) Pour n=2 A(2+1) = 833 333 / (833 333 + 18) = 0,9999978 (5 neuf) Pour n=3 A(3+1) = 625 000 / (625 000 + 24) = 0,9999616 (4 neuf)
Calcul du MTBF pour un système UPS parallèle redondant (n+m) (MTBF(n+m)SAI+BYP)
Défaillance Débit : λ _[(n+m)SAI+BYP] = (λ_[SAI1]//λ_[SAI2]...//λ_[SAI(n+1)]
//λ_[SAI(n+2)]...//λ_[SAI(n+m))] + + (n+m) x λ_[PBUS] + + (λ_[BYP1]//λ_[BYP2].......//λ_[BYP(n+1)]
// λ_[BYP(n+2)]...//λ_[BYP(n+m))] _~ (n+1)λPBUS
Fiabilité : MTBF(n+m)[SAI+BYP ]= 1/λ(n+m)[SAI+BYP] Disponibilité : A_[(n+m)SAI+BYP] = MTBF_[(n+m)SAI+BYP]
MTBF_[(n+m)SAI+BYP] + MTTR_[(n+1)SAI+BYP]

La fiabilité d'un système d'alimentation sans coupure (ASI) parallèle redondant (n + m) dépend largement du taux de défaillance du bus parallèle, qui constitue le point de défaillance unique. Les chaînes d'ASI redondantes en parallèle, les commutateurs de dérivation statiques et leur électronique de commande, ainsi que la tension secteur, sont tous des éléments redondants et ont donc un impact mineur, voire négligeable, sur la fiabilité globale.
Les constantes suivantes sont utilisées dans les calculs : MTBFM = 50 heures, cette valeur représentant un réseau de « bonne qualité » ; λPBUS = 0,4 par million d'heures

λ(n+m)[SAI+BYP] = (λSAI1//λSAI2...//λSAI(n+1) //λSAI(n+2)...//λSAI(n+m)) + (n+m)λPBUS + (λBYP1// λBYP2........//λBYP(n+1)// λBYP(n+2)...//λBYP(n+m)) ~ (n+1)λPBUS.
Pourquoi le terme (λSAI1//λSAI2........//λSAI(n+m)) en supposant n=2 et m=2→ = (λSAI1 x λSAI2 x λSAI3 x λSAI4) x (MTTR[SAI1] + MTTR[SAI2] + MTTR[SAI3] + MTTR[SAI3]) =
= (1/20 000) × (1/20 000) × (1/20 000) × (1/20 000) × (4 × 6) = 0,00005 × 0,00005 × 0,00005 × 0,00005 × 24 = 1,5 exp⁻¹⁶
Pour n = 4 → 9,38 exp⁻²¹
Pour n = 5 → 5,63 exp⁻²⁵

Des taux d'échec très faibles
ET le terme ........//λBYP(n+m)) en supposant n=2 et m=2 →
=(λBYP1 x λBYP2 x λBYP3 x λBYP4) x (MTTR[BYP1] + MTTR[BYP2] + MTTR[BYP3] + MTTR[BYP4]) =
= ((2/1 000 000) x (2/1 000 000) x (2/1 000 000) x (2/1 000 000)) x (4x6) = 3,8 exp -22
Un chiffre encore plus petit.
La formule se résume donc à λ(n+m)[SAI+BYP] = (n+m) x λPBUS = (n+m) x 0,4/1,000000.
Pour n=2 et m=2 → λ(1+1)[SAI+BYP] = (2+2) x λPBUS = (2+2) x 0,4/1,000000 = 1,6/1 000 000 = 1,6 exp -5
MTBF[SAI+BYP] = 1/ λ(2+2)[SAI+BYP] = 625 000 h.
Pour n=3 et m=3 → λ(3+3)[SAI+BYP] = (3+3) x λPBUS = (3+3) x 0,4/1,000000 = 2,4/1 000 000 = 2,4 exp -5
MTBF[SAI+BYP] = 1/ λ(3+1)[SAI+BYP] = 416 666 h
Disponibilité : Selon l’expression Pour n=1 A(2+2) = 1 250 000/ (1 250 000 + 12) = 0,999971 (4 neuf) Pour n=2 A(3+3) = 416 666 / (416 666 + 18) = 0,999956 (4 neuf)
En conclusion de ces calculs, on constate qu’une configuration n+m n’augmente pas nécessairement la disponibilité du système UPS par rapport à la solution n+1, principalement en raison de la criticité de la connexion parallèle.

Comparaison des configurations d'onduleurs :
Dans le cas d'un onduleur monobloc (redresseur, batterie et convertisseur), sa fiabilité dépend de celle du redresseur, du bus CC (batteries) et, surtout, du convertisseur.
L'ajout d'un commutateur de dérivation statique, assurant une alimentation de secours sur le réseau, multiplie la fiabilité par six si le MTBF du réseau est de 50 heures (de bonne qualité) et le temps moyen de réparation de l'onduleur de six heures. Ce niveau de fiabilité reste toutefois insuffisant, car il dépend fortement de la fiabilité du réseau électrique et de la qualité du service après-vente de l'onduleur (délai d'intervention, temps de déplacement, temps de réparation, etc.). Les charges critiques modernes ne peuvent tolérer une alimentation électrique instable ni des délais de réparation trop longs.
Pour s'affranchir de cette dépendance au réseau, il est recommandé d'utiliser des configurations d'onduleurs redondants en parallèle de type n+1. L'inconvénient de l'onduleur classique autonome dans une configuration redondante en parallèle n+1 réside dans son temps de réparation relativement long (généralement de 6 à 12 heures).
Grâce à la mise en œuvre de systèmes parallèles redondants modulaires remplaçables à chaud, basés sur la technologie modulaire (n+1), la charge critique devient totalement indépendante du réseau électrique. Un module d'onduleur défectueux peut être remplacé sans qu'il soit nécessaire de basculer les modules d'onduleurs fonctionnels en mode bypass. De plus, le remplacement d'un module prend au maximum 0,5 heure, ce qui réduit considérablement le temps de réparation par rapport aux systèmes parallèles traditionnels.
L'exemple suivant illustre l'impact sur la fiabilité et la disponibilité d'un onduleur traditionnel en configuration parallèle redondante (1+1) comparé à un système modulaire en configuration parallèle redondante (4+1).
Comparaison des configurations d'onduleurs autonomes et modulaires (n+1).

La figure 5 présente le schéma fonctionnel de deux configurations d'onduleurs redondants. Le système de gauche représente un système parallèle autonome redondant (1+1), tandis que celui de droite représente un système modulaire parallèle redondant (n+1) avec modules remplaçables à chaud.

)
, la disponibilité de la configuration redondante (1+1) est supérieure à celle de la configuration redondante (4+1) si le MTTR est identique pour les deux configurations. Ceci s'explique par le fait que le MTBF de la configuration redondante (1+1) est supérieur à celui de la configuration redondante (4+1).
Dans le cas 2), la disponibilité de la configuration redondante (1+1), malgré un MTTR plus élevé, est inférieure à celle de la configuration redondante (4+1), du fait de son MTTR nettement plus court.

Conclusions
Cet article a analysé différents types de systèmes d'alimentation sans coupure (ASI) et introduit plusieurs concepts permettant d'évaluer quantitativement leur adéquation aux applications critiques. À cet égard, des concepts tels que le taux de défaillance, le MTBF (fiabilité), le MTTR (temps moyen de réparation) et leur impact sur la disponibilité, paramètre essentiel pour une application critique, ont été décrits.
Plusieurs études de cas ont également été présentées, démontrant l'importance du MTTR pour garantir une haute disponibilité. En cas de défaillance d'une unité d'alimentation sans coupure dans une configuration redondante, la disponibilité est réduite et l'équipement ou module défectueux doit être réparé ou remplacé au plus vite afin de rétablir la redondance (haute disponibilité). Les systèmes d'alimentation sans coupure modulaires permettent d'atteindre des MTTR plus courts et, par conséquent, une disponibilité accrue, même avec un grand nombre de modules en parallèle.
Il a également été observé que, du point de vue de la fiabilité et de la disponibilité, la meilleure option est un système modulaire parallèle redondant (n+1). Étonnamment, d'après les calculs effectués, la configuration (n+m), où m>1, n'améliore pas la fiabilité de la configuration (n+1), car cette étude considère le taux de défaillance du bus parallèle comme le plus significatif du système.
Bien entendu, il reste encore beaucoup à faire pour améliorer les performances globales et optimiser l'efficacité électrique de chaque module ainsi que la gestion de l'ensemble du système modulaire. Toutefois, c'est sans aucun doute dans le domaine des systèmes modulaires que se concentrera le développement des futurs systèmes d'alimentation sans interruption (ASI).
Par conséquent, et pour répondre à la question « Sont-ils réellement plus fiables ? », nous pouvons conclure que les systèmes modulaires représentent le dernier maillon de la chaîne évolutive des systèmes d'ASI pour applications critiques, car ils améliorent la disponibilité de l'énergie tout en maintenant, voire en augmentant dans de nombreux cas, la fiabilité des systèmes traditionnels.

Auteur : Par Ramon Ciurans, chef de projet R&D UPS chez SALICRU