交流直供模式怎么保證 UPS 工作的可靠性？
負載諧波怎么處理？
鋰電池和鋰鐵電池有哪些區別？
伊頓 UPS 是否可以在負載持續帶電情況下安全地進行在線維修？
針對以上問題，在第 23 期第“伊”生產力系列線上主題研討會中，伊頓亞太區電能解決方案研發總監鄭大為先生就《UPS 結合鋰電在制造業應用》深入探討了制造業創新供電架構的演進，以及 UPS 結合鋰電的應用如何在制造業中為客戶持續帶來可靠、高效、節能的供電解決方案？
如何保證制造業整個設備的供電系統可靠與高效
在全球加快數字化進程的今天，半導體行業成為當下最熱門的高科技領域之一。鄭大為以半導體圓晶制造流程為例，詳細介紹了其生產過程中存在的挑戰：
最小的晶圓生產需要 20 分鐘，這就意味著每個設備運行過程中斷電，會導致至少 20 分鐘的重啟時間，刻蝕機則需要最長 4 小時的啟動時間。怎么樣保證設備的連貫性是半導體制造業中最大的挑戰。
半導體行業需要 24 小時不間斷運行，設備的用電量占據了半導體廠房用電量的 70% 以上，這為供電設備帶來兩大挑戰:
1、設備要保證可靠、高性能的長時間運轉。
2、由于行業需要，電能設備需要 24 小時不間斷供電，對整個供電系統的節能提出了更高的要求。
3、從整個廠房來看，費用包括初期投資費用與后期運營費用，后期的運營費用對客戶的影響更大。設備的自身周期一般為 10-15 年之間，怎樣讓供電系統的可運行壽命更持久，這有助于企業價值最大化。
綠色廠務運營策略之鋰電池應用
伊頓一直關注著半導體行業的發展，在探究如何實現制造業綠色廠務的過程中，鋰電池在 UPS 供電系統的應用是一個非常重要的技術突破。其可靠、高效、儲能的核心特性，正在助力半導體企業廠務減少投資、簡化運維，構建穩定的供電系統。
1、更好的環境適應性
相較于傳統鉛酸電池，鋰電池的壽命是鉛酸蓄電池的 2.4 倍以上，當環境溫度升高時，鋰電池的優勢更加明顯。在 40℃ 的環境中，將是鉛酸電池的 3 倍左右。
2、更小、更輕的解決方案
半導體廠房常常為 2-3 層結構，如何做好供電系統布局，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，在空間布局以及系統應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。
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，鋰電池可以在短時間內快速將電容量擴充至 95% 以上，滿足特殊型配電的要求。這對于制造企業在不同的應用區域、電網負荷、不同波動的情況下，快速提升電池組的容量至關重要。
4、高 C 數放電
伊頓推出磷酸鋰鐵電池解決方案，能夠滿足短時間備電要求。從放電特性來看，在相同環境下，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運行的可靠性，磷酸鋰鐵電池從環境溫度的適應性、運營時間、電池重量等方面能夠提供更穩定的基準。從整個組裝結構來看，磷酸鋰鐵電池不會出現像鉛酸電池一樣的泄露、漏液、硫化氫污染等現象。
此外，磷酸鋰鐵電池還可以結合電池管理系統、電池模塊進行監控與管理，提升系統的可靠性。
5、壽命測試
伊頓在推薦用戶配置磷酸鋰鐵電池前，其解決方案與研發均通過了嚴苛的壽命測試，即加速的大電流循環放電測試。測試過程中至少保證 500 次以上的循環，在使用壽命上能夠為客戶提供可靠，穩定的保障。
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。以某半導體廠房每年壓降次數去推算其電池使用壽命，得出磷酸鋰鐵電池的壽命遠遠超過了鉛酸電池，能夠達到鉛酸電池 3 倍以上的壽命周期。
半導體廠房能源調度
以半導體廠房整個用電量（包括 UPS、控制系統與辦公系統）的夏季負載曲線為例，進而思考：
是否可以通過額外的儲能裝置以及應用鋰電池，配合客戶根據工作時間點來更好的做峰谷能源的調度，以降低客戶端的用電成本？在保障供電可靠性的情況下，將鋰電池的優點充分發揮出來。
以上海為例，如果將負載曲線與電價重疊，可以根據夏季每天 24 小時運行的區間，以及用電最高值與最低值得出解決方案：
1、儲能系統在日常運行中，預留部分容量，在市電斷電期間仍然為重要負荷提供后備電源。
2、在電價低時為鋰電池充電，在電價高時放電以平移高峰時段用電量，削峰填谷。
3、在負荷高峰時段放電以避免用電量溢出。
在半導體廠房能量調度方面，伊頓 UPS 供電系統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，系統運行效率為 99%，可以提供可靠、高效的運行模式。
◆ 儲能放電，雙轉換模式：通過調度指令，獨立的電池變換器與逆變器，同時為負載供電，此模式最大的優勢是實現了無縫銜接。如果此時突發異常情況，整個供電系統可以由電池實時為整個負荷提供能量。如果電網穩定情況下客戶發現臨時問題，可通過指令實時調整電池組功率的比例，既可以控制電池輸出能量比例，也可以結合設備情況進行切換。
◆ 雙轉換模式：電池組在充電之前有預留保護能力，可結合儲能與充電計劃，根據預測電量為客戶供電系統提供整體的保護方案。
綠色廠務運營策略之可靠性
憑借伊頓在半導體行業 30 余年的深厚經驗，詮釋先進的供配電應用理念，為保障廠務安全運營提供四大措施：
1、溫升熱成像掃描
以伊頓 9395 UPS 系統為例，為電機連接的結點提供了專門進行熱成像掃描窗口，在定期維護時，通過溫度表結合伊頓技術，可為客戶提供預測性服務。
目前伊頓的溫升熱成像掃描已實現了內部實時檢測，結合標準的溫度校驗表，及時發現和應對潛在問題，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中最脆弱的部分。在伊頓產品中，引入了濾波電容智能診斷，為客戶提供故障預測和分析。
關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：
低溫安全運行：能夠在低溫下安全運行，大大減少了高溫對設備帶來的影響。降低溫度 5-10 度，系統壽命延長 2-3 年。
全防護端子結構：采用全防護的端子結構，即使端子全部脫落的情況下，依舊不會出現短路的風險。
內置保險絲結構：當出現異常過熱或短路行為時，內置保險絲可將其快速地從所在的并聯組中脫離，避免電容故障帶來的額外影響。
在可靠、安全的架構下，伊頓還引入了濾波電容實時監測功能，以降低 UPS 事故發生的可能性，確保對負載設備的可靠保護。該技術分別在中國、美國申請了相對應的技術專利。
電容本身隨著薄膜的老化會對溫度產生影響。結合電容阻抗變化的特性，通過對溫度進行實時監測，當發現溫度異常時，UPS 會自動將溫度發送至客戶的監控系統，客戶可根據 UPS 提供的數據警告，提前進行相關操作，避免設備故障帶來的巨額損失。
3、防止異物侵入裝置
伊頓根據過去在半導體行業 30 年的經驗，為 UPS 頂部設計了獨特的冷熱分流“導風罩”，防止外來異物意外進入 UPS 內部，造成短路，從而導致 UPS 故障。引導氣流的出風口可 180 度旋轉，避免了氣流與線槽架的干涉。此外，每年伊頓檢修服務的專業服務人員還將對導風罩上下出風口進行清理，有效避免外部因素對 UPS 硬件設備的損壞而導致的設備供電中斷現象的發生。
4、專業的服務體系
完善的服務體系與專業的服務能力是伊頓進軍市場不可忽視的力量，規范的服務流程是服務穩定的基石。伊頓非常注意設備使用安全，制定了全球統一的安全標準，規范的服務管理流程貫穿服務執行的各個環節。
服務流程參考 ISO9001 標準設計制定。
嚴格的安全質量管理，高效的服務執行管理。
原廠技術的可靠保證，專業的技術支持能力，豐富的故障解決經驗。
高效專業的服務團隊，服務網絡覆蓋全國。
完善的配件供應體系，確保原廠配件及時送達。
綠色廠務運營策略之節能
半導體制造企業所有的設備是 24 小時不間斷供電，怎樣能夠提升整個系統的運行效率，給整個供電系統帶來綠色節能體驗是客戶的關注所在。伊頓交流直供技術配合主動諧波抑制功能可以有效解決負載的諧波對電網的影響，為最大化 UPS 的工作效率、節約 UPS 自身能耗提供全新途徑。
1、創新的節能模式
伊頓采用獨特的交流直供（ESS）（美國專利號 US6295215）在市電供應比較穩定可靠的環境中，達到 99% 的整機效率，從市電供電切換到逆變輸出的典型時間小于 2ms，完全符合 IEC 62040-3/IEC 6100/SEMI-47 的 UPS 標準和半導體設備使用標準。同時，比傳統供電模式中的 UPS 設備自身的電能損耗節省 80% 以上。
諧波抑制系統通過采用 UPS 逆變器的主動式諧波校正技術，校正負載所產生的諧波對市電的干擾，將電網中帶有諧波的電波轉換成標準電波，有效解決電網電壓波動和諧波對制造業生產設備的影響。
憑借先進的研發創新能力和技術，以及超過 30 年的半導體行業 UPS 應用實踐，伊頓深刻了解半導體行業特殊的場景需求和應用痛點，能夠持續為半導體企業提供可靠、節能、高效的供配電解決方案，應對新科技發展帶來的挑戰，助力其實現“綠色廠務”的愿景。
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