交流直供模式怎么保證 UPS 工作的可靠性？
負(fù)載諧波怎么處理？
鋰電池和鋰鐵電池有哪些區(qū)別？
伊頓 UPS 是否可以在負(fù)載持續(xù)帶電情況下安全地進(jìn)行在線維修？

針對以上問題，在第 23 期第“伊”生產(chǎn)力系列線上主題研討會中，伊頓亞太區(qū)電能解決方案研發(fā)總監(jiān)鄭大為先生就《UPS 結(jié)合鋰電在制造業(yè)應(yīng)用》深入探討了制造業(yè)創(chuàng)新供電架構(gòu)的演進(jìn)，以及 UPS 結(jié)合鋰電的應(yīng)用如何在制造業(yè)中為客戶持續(xù)帶來可靠、高效、節(jié)能的供電解決方案？

如何保證制造業(yè)整個(gè)設(shè)備的供電系統(tǒng)可靠與高效

    在全球加快數(shù)字化進(jìn)程的今天，半導(dǎo)體行業(yè)成為當(dāng)下最熱門的高科技領(lǐng)域之一。鄭大為以半導(dǎo)體圓晶制造流程為例，詳細(xì)介紹了其生產(chǎn)過程中存在的挑戰(zhàn)：

    最小的晶圓生產(chǎn)需要 20 分鐘，這就意味著每個(gè)設(shè)備運(yùn)行過程中斷電，會導(dǎo)致至少 20 分鐘的重啟時(shí)間，刻蝕機(jī)則需要最長 4 小時(shí)的啟動時(shí)間。怎么樣保證設(shè)備的連貫性是半導(dǎo)體制造業(yè)中最大的挑戰(zhàn)。

    半導(dǎo)體行業(yè)需要 24 小時(shí)不間斷運(yùn)行，設(shè)備的用電量占據(jù)了半導(dǎo)體廠房用電量的 70% 以上，這為供電設(shè)備帶來兩大挑戰(zhàn):

1、設(shè)備要保證可靠、高性能的長時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)。
2、由于行業(yè)需要，電能設(shè)備需要 24 小時(shí)不間斷供電，對整個(gè)供電系統(tǒng)的節(jié)能提出了更高的要求。
3、從整個(gè)廠房來看，費(fèi)用包括初期投資費(fèi)用與后期運(yùn)營費(fèi)用，后期的運(yùn)營費(fèi)用對客戶的影響更大。設(shè)備的自身周期一般為 10-15 年之間，怎樣讓供電系統(tǒng)的可運(yùn)行壽命更持久，這有助于企業(yè)價(jià)值最大化。

綠色廠務(wù)運(yùn)營策略之鋰電池應(yīng)用

    伊頓一直關(guān)注著半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展，在探究如何實(shí)現(xiàn)制造業(yè)綠色廠務(wù)的過程中，鋰電池在 UPS 供電系統(tǒng)的應(yīng)用是一個(gè)非常重要的技術(shù)突破。其可靠、高效、儲能的核心特性，正在助力半導(dǎo)體企業(yè)廠務(wù)減少投資、簡化運(yùn)維，構(gòu)建穩(wěn)定的供電系統(tǒng)。

1、更好的環(huán)境適應(yīng)性

相較于傳統(tǒng)鉛酸電池，鋰電池的壽命是鉛酸蓄電池的 2.4 倍以上，當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)，鋰電池的優(yōu)勢更加明顯。在 40℃ 的環(huán)境中，將是鉛酸電池的 3 倍左右。

2、更小、更輕的解決方案

    半導(dǎo)體廠房常常為 2-3 層結(jié)構(gòu)，如何做好供電系統(tǒng)布局，需要對樓層的承重充分考慮。鋰電池本身具有高密度、長壽命的特點(diǎn)，在空間布局以及系統(tǒng)應(yīng)用方面帶來了革命性的變化。

    以450kVA UPS 為例，鋰電池的占地面積約為鉛酸電池的 1/3，節(jié)省了空間，鋰電池通過密度的提升，可以有效的降低電池的重量，便于后期的操作與維護(hù)。
 
3、快速充電

    從充電角度看，鋰電池的充電速率為鉛酸電池的 10 倍左右，鋰電池可以在短時(shí)間內(nèi)快速將電容量擴(kuò)充至 95% 以上，滿足特殊型配電的要求。這對于制造企業(yè)在不同的應(yīng)用區(qū)域、電網(wǎng)負(fù)荷、不同波動的情況下，快速提升電池組的容量至關(guān)重要。
 
4、高 C 數(shù)放電

    伊頓推出磷酸鋰鐵電池解決方案，能夠滿足短時(shí)間備電要求。從放電特性來看，在相同環(huán)境下，磷酸鋰鐵電池采用 5C 放電，能夠釋放出 70% 的容量，是鉛酸蓄電池的 5 倍。

    對于電池在供電系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，磷酸鋰鐵電池從環(huán)境溫度的適應(yīng)性、運(yùn)營時(shí)間、電池重量等方面能夠提供更穩(wěn)定的基準(zhǔn)。從整個(gè)組裝結(jié)構(gòu)來看，磷酸鋰鐵電池不會出現(xiàn)像鉛酸電池一樣的泄露、漏液、硫化氫污染等現(xiàn)象。

    此外，磷酸鋰鐵電池還可以結(jié)合電池管理系統(tǒng)、電池模塊進(jìn)行監(jiān)控與管理，提升系統(tǒng)的可靠性。

5、壽命測試

    伊頓在推薦用戶配置磷酸鋰鐵電池前，其解決方案與研發(fā)均通過了嚴(yán)苛的壽命測試，即加速的大電流循環(huán)放電測試。測試過程中至少保證 500 次以上的循環(huán)，在使用壽命上能夠?yàn)榭蛻籼峁┛煽浚€(wěn)定的保障。
 

6、周期性壽命測試

    在相同的放電條件下，對比磷酸鋰鐵電池與鉛酸電池性能。以某半導(dǎo)體廠房每年壓降次數(shù)去推算其電池使用壽命，得出磷酸鋰鐵電池的壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了鉛酸電池，能夠達(dá)到鉛酸電池 3 倍以上的壽命周期。
   

半導(dǎo)體廠房能源調(diào)度

    以半導(dǎo)體廠房整個(gè)用電量（包括 UPS、控制系統(tǒng)與辦公系統(tǒng)）的夏季負(fù)載曲線為例，進(jìn)而思考：

是否可以通過額外的儲能裝置以及應(yīng)用鋰電池，配合客戶根據(jù)工作時(shí)間點(diǎn)來更好的做峰谷能源的調(diào)度，以降低客戶端的用電成本？在保障供電可靠性的情況下，將鋰電池的優(yōu)點(diǎn)充分發(fā)揮出來。

    以上海為例，如果將負(fù)載曲線與電價(jià)重疊，可以根據(jù)夏季每天 24 小時(shí)運(yùn)行的區(qū)間，以及用電最高值與最低值得出解決方案：

1、儲能系統(tǒng)在日常運(yùn)行中，預(yù)留部分容量，在市電斷電期間仍然為重要負(fù)荷提供后備電源。

2、在電價(jià)低時(shí)為鋰電池充電，在電價(jià)高時(shí)放電以平移高峰時(shí)段用電量，削峰填谷。

3、在負(fù)荷高峰時(shí)段放電以避免用電量溢出。

在半導(dǎo)體廠房能量調(diào)度方面，伊頓 UPS 供電系統(tǒng)主要有以下三種模式：

◆ 交流直供正常模式：在此情況下電池處于等待狀態(tài)，系統(tǒng)運(yùn)行效率為 99%，可以提供可靠、高效的運(yùn)行模式。
◆ 儲能放電，雙轉(zhuǎn)換模式：通過調(diào)度指令，獨(dú)立的電池變換器與逆變器，同時(shí)為負(fù)載供電，此模式最大的優(yōu)勢是實(shí)現(xiàn)了無縫銜接。如果此時(shí)突發(fā)異常情況，整個(gè)供電系統(tǒng)可以由電池實(shí)時(shí)為整個(gè)負(fù)荷提供能量。如果電網(wǎng)穩(wěn)定情況下客戶發(fā)現(xiàn)臨時(shí)問題，可通過指令實(shí)時(shí)調(diào)整電池組功率的比例，既可以控制電池輸出能量比例，也可以結(jié)合設(shè)備情況進(jìn)行切換。
◆ 雙轉(zhuǎn)換模式：電池組在充電之前有預(yù)留保護(hù)能力，可結(jié)合儲能與充電計(jì)劃，根據(jù)預(yù)測電量為客戶供電系統(tǒng)提供整體的保護(hù)方案。   

綠色廠務(wù)運(yùn)營策略之可靠性

    憑借伊頓在半導(dǎo)體行業(yè) 30 余年的深厚經(jīng)驗(yàn)，詮釋先進(jìn)的供配電應(yīng)用理念，為保障廠務(wù)安全運(yùn)營提供四大措施：

1、溫升熱成像掃描

    以伊頓 9395 UPS 系統(tǒng)為例，為電機(jī)連接的結(jié)點(diǎn)提供了專門進(jìn)行熱成像掃描窗口，在定期維護(hù)時(shí)，通過溫度表結(jié)合伊頓技術(shù)，可為客戶提供預(yù)測性服務(wù)。

目前伊頓的溫升熱成像掃描已實(shí)現(xiàn)了內(nèi)部實(shí)時(shí)檢測，結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)的溫度校驗(yàn)表，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和應(yīng)對潛在問題，保障電力安全。

2、濾波電容智能診斷

    電池和濾波電容是系統(tǒng)中最脆弱的部分。在伊頓產(chǎn)品中，引入了濾波電容智能診斷，為客戶提供故障預(yù)測和分析。

關(guān)于電池與電容器更易老化的問題，伊頓所配置的油浸電容器提供了可靠保障：

低溫安全運(yùn)行：能夠在低溫下安全運(yùn)行，大大減少了高溫對設(shè)備帶來的影響。降低溫度 5-10 度，系統(tǒng)壽命延長 2-3 年。

全防護(hù)端子結(jié)構(gòu)：采用全防護(hù)的端子結(jié)構(gòu)，即使端子全部脫落的情況下，依舊不會出現(xiàn)短路的風(fēng)險(xiǎn)。

內(nèi)置保險(xiǎn)絲結(jié)構(gòu)：當(dāng)出現(xiàn)異常過熱或短路行為時(shí)，內(nèi)置保險(xiǎn)絲可將其快速地從所在的并聯(lián)組中脫離，避免電容故障帶來的額外影響。

    在可靠、安全的架構(gòu)下，伊頓還引入了濾波電容實(shí)時(shí)監(jiān)測功能，以降低 UPS 事故發(fā)生的可能性，確保對負(fù)載設(shè)備的可靠保護(hù)。該技術(shù)分別在中國、美國申請了相對應(yīng)的技術(shù)專利。

    電容本身隨著薄膜的老化會對溫度產(chǎn)生影響。結(jié)合電容阻抗變化的特性，通過對溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，當(dāng)發(fā)現(xiàn)溫度異常時(shí)，UPS 會自動將溫度發(fā)送至客戶的監(jiān)控系統(tǒng)，客戶可根據(jù) UPS 提供的數(shù)據(jù)警告，提前進(jìn)行相關(guān)操作，避免設(shè)備故障帶來的巨額損失。

3、防止異物侵入裝置

    伊頓根據(jù)過去在半導(dǎo)體行業(yè) 30 年的經(jīng)驗(yàn)，為 UPS 頂部設(shè)計(jì)了獨(dú)特的冷熱分流“導(dǎo)風(fēng)罩”，防止外來異物意外進(jìn)入 UPS 內(nèi)部，造成短路，從而導(dǎo)致 UPS 故障。引導(dǎo)氣流的出風(fēng)口可 180 度旋轉(zhuǎn)，避免了氣流與線槽架的干涉。此外，每年伊頓檢修服務(wù)的專業(yè)服務(wù)人員還將對導(dǎo)風(fēng)罩上下出風(fēng)口進(jìn)行清理，有效避免外部因素對 UPS 硬件設(shè)備的損壞而導(dǎo)致的設(shè)備供電中斷現(xiàn)象的發(fā)生。

4、專業(yè)的服務(wù)體系

    完善的服務(wù)體系與專業(yè)的服務(wù)能力是伊頓進(jìn)軍市場不可忽視的力量，規(guī)范的服務(wù)流程是服務(wù)穩(wěn)定的基石。伊頓非常注意設(shè)備使用安全，制定了全球統(tǒng)一的安全標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范的服務(wù)管理流程貫穿服務(wù)執(zhí)行的各個(gè)環(huán)節(jié)。

服務(wù)流程參考 ISO9001 標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)制定。
嚴(yán)格的安全質(zhì)量管理，高效的服務(wù)執(zhí)行管理。
原廠技術(shù)的可靠保證，專業(yè)的技術(shù)支持能力，豐富的故障解決經(jīng)驗(yàn)。
高效專業(yè)的服務(wù)團(tuán)隊(duì)，服務(wù)網(wǎng)絡(luò)覆蓋全國。
完善的配件供應(yīng)體系，確保原廠配件及時(shí)送達(dá)。

綠色廠務(wù)運(yùn)營策略之節(jié)能

    半導(dǎo)體制造企業(yè)所有的設(shè)備是 24 小時(shí)不間斷供電，怎樣能夠提升整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行效率，給整個(gè)供電系統(tǒng)帶來綠色節(jié)能體驗(yàn)是客戶的關(guān)注所在。伊頓交流直供技術(shù)配合主動諧波抑制功能可以有效解決負(fù)載的諧波對電網(wǎng)的影響，為最大化 UPS 的工作效率、節(jié)約 UPS 自身能耗提供全新途徑。

1、創(chuàng)新的節(jié)能模式

    伊頓采用獨(dú)特的交流直供（ESS）（美國專利號 US6295215）在市電供應(yīng)比較穩(wěn)定可靠的環(huán)境中，達(dá)到 99% 的整機(jī)效率，從市電供電切換到逆變輸出的典型時(shí)間小于 2ms，完全符合 IEC 62040-3/IEC 6100/SEMI-47 的 UPS 標(biāo)準(zhǔn)和半導(dǎo)體設(shè)備使用標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，比傳統(tǒng)供電模式中的 UPS 設(shè)備自身的電能損耗節(jié)省 80% 以上。

    諧波抑制系統(tǒng)通過采用 UPS 逆變器的主動式諧波校正技術(shù)，校正負(fù)載所產(chǎn)生的諧波對市電的干擾，將電網(wǎng)中帶有諧波的電波轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電波，有效解決電網(wǎng)電壓波動和諧波對制造業(yè)生產(chǎn)設(shè)備的影響。

    憑借先進(jìn)的研發(fā)創(chuàng)新能力和技術(shù)，以及超過 30 年的半導(dǎo)體行業(yè) UPS 應(yīng)用實(shí)踐，伊頓深刻了解半導(dǎo)體行業(yè)特殊的場景需求和應(yīng)用痛點(diǎn)，能夠持續(xù)為半導(dǎo)體企業(yè)提供可靠、節(jié)能、高效的供配電解決方案，應(yīng)對新科技發(fā)展帶來的挑戰(zhàn)，助力其實(shí)現(xiàn)“綠色廠務(wù)”的愿景。

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