交流直供模式怎么保证 UPS 工作的可靠性？
负载谐波怎么处理？
锂电池和锂铁电池有哪些区别？
伊顿 UPS 是否可以在负载持续带电情况下安全地进行在线维修？
针对以上问题，在第 23 期第“伊”生产力系列线上主题研讨会中，伊顿亚太区电能解决方案研发总监郑大为先生就《UPS 结合锂电在制造业应用》深入探讨了制造业创新供电架构的演进，以及 UPS 结合锂电的应用如何在制造业中为客户持续带来可靠、高效、节能的供电解决方案？
如何保证制造业整个设备的供电系统可靠与高效
在全球加快数字化进程的今天，半导体行业成为当下最热门的高科技领域之一。郑大为以半导体圆晶制造流程为例，详细介绍了其生产过程中存在的挑战：
最小的晶圆生产需要 20 分钟，这就意味着每个设备运行过程中断电，会导致至少 20 分钟的重启时间，刻蚀机则需要最长 4 小时的启动时间。怎么样保证设备的连贯性是半导体制造业中最大的挑战。
半导体行业需要 24 小时不间断运行，设备的用电量占据了半导体厂房用电量的 70% 以上，这为供电设备带来两大挑战:
1、设备要保证可靠、高性能的长时间运转。
2、由于行业需要，电能设备需要 24 小时不间断供电，对整个供电系统的节能提出了更高的要求。
3、从整个厂房来看，费用包括初期投资费用与后期运营费用，后期的运营费用对客户的影响更大。设备的自身周期一般为 10-15 年之间，怎样让供电系统的可运行寿命更持久，这有助于企业价值最大化。
绿色厂务运营策略之锂电池应用
伊顿一直关注着半导体行业的发展，在探究如何实现制造业绿色厂务的过程中，锂电池在 UPS 供电系统的应用是一个非常重要的技术突破。其可靠、高效、储能的核心特性，正在助力半导体企业厂务减少投资、简化运维，构建稳定的供电系统。
1、更好的环境适应性
相较于传统铅酸电池，锂电池的寿命是铅酸蓄电池的 2.4 倍以上，当环境温度升高时，锂电池的优势更加明显。在 40℃ 的环境中，将是铅酸电池的 3 倍左右。
2、更小、更轻的解决方案
半导体厂房常常为 2-3 层结构，如何做好供电系统布局，需要对楼层的承重充分考虑。锂电池本身具有高密度、长寿命的特点，在空间布局以及系统应用方面带来了革命性的变化。
以450kVA UPS 为例，锂电池的占地面积约为铅酸电池的 1/3，节省了空间，锂电池通过密度的提升，可以有效的降低电池的重量，便于后期的操作与维护。
3、快速充电
从充电角度看，锂电池的充电速率为铅酸电池的 10 倍左右，锂电池可以在短时间内快速将电容量扩充至 95% 以上，满足特殊型配电的要求。这对于制造企业在不同的应用区域、电网负荷、不同波动的情况下，快速提升电池组的容量至关重要。
4、高 C 数放电
伊顿推出磷酸锂铁电池解决方案，能够满足短时间备电要求。从放电特性来看，在相同环境下，磷酸锂铁电池采用 5C 放电，能够释放出 70% 的容量，是铅酸蓄电池的 5 倍。
对于电池在供电系统运行的可靠性，磷酸锂铁电池从环境温度的适应性、运营时间、电池重量等方面能够提供更稳定的基准。从整个组装结构来看，磷酸锂铁电池不会出现像铅酸电池一样的泄露、漏液、硫化氢污染等现象。
此外，磷酸锂铁电池还可以结合电池管理系统、电池模块进行监控与管理，提升系统的可靠性。
5、寿命测试
伊顿在推荐用户配置磷酸锂铁电池前，其解决方案与研发均通过了严苛的寿命测试，即加速的大电流循环放电测试。测试过程中至少保证 500 次以上的循环，在使用寿命上能够为客户提供可靠，稳定的保障。
6、周期性寿命测试
在相同的放电条件下，对比磷酸锂铁电池与铅酸电池性能。以某半导体厂房每年压降次数去推算其电池使用寿命，得出磷酸锂铁电池的寿命远远超过了铅酸电池，能够达到铅酸电池 3 倍以上的寿命周期。
半导体厂房能源调度
以半导体厂房整个用电量（包括 UPS、控制系统与办公系统）的夏季负载曲线为例，进而思考：
是否可以通过额外的储能装置以及应用锂电池，配合客户根据工作时间点来更好的做峰谷能源的调度，以降低客户端的用电成本？在保障供电可靠性的情况下，将锂电池的优点充分发挥出来。
以上海为例，如果将负载曲线与电价重叠，可以根据夏季每天 24 小时运行的区间，以及用电最高值与最低值得出解决方案：
1、储能系统在日常运行中，预留部分容量，在市电断电期间仍然为重要负荷提供后备电源。
2、在电价低时为锂电池充电，在电价高时放电以平移高峰时段用电量，削峰填谷。
3、在负荷高峰时段放电以避免用电量溢出。
在半导体厂房能量调度方面，伊顿 UPS 供电系统主要有以下三种模式：
◆ 交流直供正常模式：在此情况下电池处于等待状态，系统运行效率为 99%，可以提供可靠、高效的运行模式。
◆ 储能放电，双转换模式：通过调度指令，独立的电池变换器与逆变器，同时为负载供电，此模式最大的优势是实现了无缝衔接。如果此时突发异常情况，整个供电系统可以由电池实时为整个负荷提供能量。如果电网稳定情况下客户发现临时问题，可通过指令实时调整电池组功率的比例，既可以控制电池输出能量比例，也可以结合设备情况进行切换。
◆ 双转换模式：电池组在充电之前有预留保护能力，可结合储能与充电计划，根据预测电量为客户供电系统提供整体的保护方案。
绿色厂务运营策略之可靠性
凭借伊顿在半导体行业 30 余年的深厚经验，诠释先进的供配电应用理念，为保障厂务安全运营提供四大措施：
1、温升热成像扫描
以伊顿 9395 UPS 系统为例，为电机连接的结点提供了专门进行热成像扫描窗口，在定期维护时，通过温度表结合伊顿技术，可为客户提供预测性服务。
目前伊顿的温升热成像扫描已实现了内部实时检测，结合标准的温度校验表，及时发现和应对潜在问题，保障电力安全。
2、滤波电容智能诊断
电池和滤波电容是系统中最脆弱的部分。在伊顿产品中，引入了滤波电容智能诊断，为客户提供故障预测和分析。
关于电池与电容器更易老化的问题，伊顿所配置的油浸电容器提供了可靠保障：
低温安全运行：能够在低温下安全运行，大大减少了高温对设备带来的影响。降低温度 5-10 度，系统寿命延长 2-3 年。
全防护端子结构：采用全防护的端子结构，即使端子全部脱落的情况下，依旧不会出现短路的风险。
内置保险丝结构：当出现异常过热或短路行为时，内置保险丝可将其快速地从所在的并联组中脱离，避免电容故障带来的额外影响。
在可靠、安全的架构下，伊顿还引入了滤波电容实时监测功能，以降低 UPS 事故发生的可能性，确保对负载设备的可靠保护。该技术分别在中国、美国申请了相对应的技术专利。
电容本身随着薄膜的老化会对温度产生影响。结合电容阻抗变化的特性，通过对温度进行实时监测，当发现温度异常时，UPS 会自动将温度发送至客户的监控系统，客户可根据 UPS 提供的数据警告，提前进行相关操作，避免设备故障带来的巨额损失。
3、防止异物侵入装置
伊顿根据过去在半导体行业 30 年的经验，为 UPS 顶部设计了独特的冷热分流“导风罩”，防止外来异物意外进入 UPS 内部，造成短路，从而导致 UPS 故障。引导气流的出风口可 180 度旋转，避免了气流与线槽架的干涉。此外，每年伊顿检修服务的专业服务人员还将对导风罩上下出风口进行清理，有效避免外部因素对 UPS 硬件设备的损坏而导致的设备供电中断现象的发生。
4、专业的服务体系
完善的服务体系与专业的服务能力是伊顿进军市场不可忽视的力量，规范的服务流程是服务稳定的基石。伊顿非常注意设备使用安全，制定了全球统一的安全标准，规范的服务管理流程贯穿服务执行的各个环节。
服务流程参考 ISO9001 标准设计制定。
严格的安全质量管理，高效的服务执行管理。
原厂技术的可靠保证，专业的技术支持能力，丰富的故障解决经验。
高效专业的服务团队，服务网络覆盖全国。
完善的配件供应体系，确保原厂配件及时送达。
绿色厂务运营策略之节能
半导体制造企业所有的设备是 24 小时不间断供电，怎样能够提升整个系统的运行效率，给整个供电系统带来绿色节能体验是客户的关注所在。伊顿交流直供技术配合主动谐波抑制功能可以有效解决负载的谐波对电网的影响，为最大化 UPS 的工作效率、节约 UPS 自身能耗提供全新途径。
1、创新的节能模式
伊顿采用独特的交流直供（ESS）（美国专利号 US6295215）在市电供应比较稳定可靠的环境中，达到 99% 的整机效率，从市电供电切换到逆变输出的典型时间小于 2ms，完全符合 IEC 62040-3/IEC 6100/SEMI-47 的 UPS 标准和半导体设备使用标准。同时，比传统供电模式中的 UPS 设备自身的电能损耗节省 80% 以上。
谐波抑制系统通过采用 UPS 逆变器的主动式谐波校正技术，校正负载所产生的谐波对市电的干扰，将电网中带有谐波的电波转换成标准电波，有效解决电网电压波动和谐波对制造业生产设备的影响。
凭借先进的研发创新能力和技术，以及超过 30 年的半导体行业 UPS 应用实践，伊顿深刻了解半导体行业特殊的场景需求和应用痛点，能够持续为半导体企业提供可靠、节能、高效的供配电解决方案，应对新科技发展带来的挑战，助力其实现“绿色厂务”的愿景。
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