【施耐德电气】电子行业科创中心系列白皮书十五-关于电子行业电压暂降、全电能质量治理及储能的六种解决方案的分析_6页_9mb

Life Is On - 电子行业电能质量治理与储能解决方案总结

核心内容

本文聚焦于电子行业中的电能质量治理与储能解决方案，分析了电压暂降、全电能质量治理及储能系统的六种典型方案，并探讨了UPS电源技术进步所带来的新设计思路。重点在于提升供电质量、供电可用性、变压器带载能力，同时实现降低电费、支持双碳目标等综合效益。

主要观点

• 电能质量问题是电子行业，尤其是半导体工厂面临的重大挑战，主要表现为电压暂降、中断、电压波动、谐波等。
• 电压暂降和中断是占比最大的两种电能质量问题，影响设备运行和数据安全。
• 传统解决方案主要采用UPS电源和电压暂降产品，但受限于成本、效率和占地面积，应用范围有限。
• 随着技术进步，UPS电源逐渐具备更高的效率、更低的TCO（总拥有成本）以及储能功能，成为更全面的解决方案。
• 储能器件（如锂电池）在电能质量治理和储能系统中扮演重要角色，具有较高的能量密度和较长的寿命。

关键信息

电能质量问题分类

扰动类别	数学定义	影响	可能原因	解决办法
瞬变现象	瞬态脉冲、暂态振荡	数据丢失、设备损坏、系统停机	闪电、感性负载切换、市电故障	TVSS、UPS、SPD、滤波器、隔离变压器
中断	瞬时、暂时、短时、持续中断	设备损坏、系统停机、数据丢失	自然灾害、断路器跳闸、部件故障	UPS、发电机、冗余系统
电压暂降/欠电压	0.1-0.9PU，持续10ms-60s	设备损毁、数据破坏、工业加工出错	系统故障、大电流负载启动、外部短路	电力调节器、UPS
电压暂升/过电压	1.1-1.8PU，持续10ms-60s	数据错误、设备损坏、电灯闪烁、绝缘问题	零线阻抗过高、负载下降、三相系统故障	电力调节器、UPS、谐振变压器
波形畸变	谐波、谐间波、毛刺、噪音	变压器过热、通信干扰、系统停机	非线性负载、电力电子设备、不良接地	重新配线、滤波器、UPS
电压波动	0.9-1.1PU	系统停机、数据丢失、白炽灯闪烁	负载电流变化、电弧炉等	重新配线、移动敏感负载、UPS
频率抖动	<10秒	电机效率低、系统停机、电灯闪烁	发电机负荷过重、负载设备断断续续运行	修复发电机、UPS

储能器件对比

储能方式	飞轮储能	超级电容	锂电池	铅酸蓄电池
延时时间	10-60秒	1-10秒	>5分钟	>5分钟
能量密度	150 Wh/kg	10 Wh/kg	160-300 Wh/kg	50 Wh/kg
寿命	20年	20年	15年	5-12年
适用场景	短时备用	短时备用	长时备用	长时备用
成本	高	高	中	低

新型UPS设计思路

• E变换运行模式：融合双变换与ECO模式，提供高可用性、高效率（99%）和低TCO，适用于高可用性场景。
• 储能功能：UPS可与锂电池结合，实现联合供电、需求响应、需量控制、峰谷电价套利、扛峰增容等功能。
• 效率提升：UPS效率提升至99%，相比传统双变换UPS提升显著。
• TCO优化：在低负载运行时，E变换UPS的年度电损显著低于传统UPS。

储能解决方案

• PCS变换器方案：适用于储能应用，成本低、占地面积小，充放电总效率达90%。
• UPS+锂电池方案：适用于需要电压暂降治理和储能的场景，提供三合一的综合性解决方案，效率高达99%。
• 新型电力系统下，储能与电能质量治理结合：实现光伏余量存储、峰谷电价套利、需量控制、需求响应等功能，支持国家双碳政策。

六种解决方案对比

方案类型	方案构成	工作原理	解决问题	效率	占地面积	成本	售后维修服务	建议场景
非储能型电压暂降方案	DVR非储能型电压暂降产品	补偿	电压暂降	98%	小	较高	难	厂务设备或供配电主回路的电压暂降治理
储能型电压暂降方案	DVR储能型电压暂降产品+锂电池(或超级电容)	后备式UPS	电压暂降、短时中断	98%	较小	较高	难	厂务或供配电主回路的电压暂降和短时中断治理
传统UPS方案	UPS+铅酸电池(或锂电池)	双变换	全电能质量治理	96-97.5%	大	较低	容易	数据中心和工艺设备的全电能质量治理
E变换模式UPS方案	E变换UPS+锂电池(或铅酸电池)+电能质量监测	E变换	电压暂降、全电能质量治理	99%	大	中	容易	厂务或供配电主回路的电压暂降治理
E变换模式储能型UPS方案	E变换储能UPS+锂电池+储能控制器	E变换+联合供电	电压暂降、全电能质量治理、储能	99%	大	较高	容易	电压暂降治理+储能应用
PCS变换器方案	PCS+锂电池系统	双向变换	储能	99%	小	低	容易	储能应用

结论

随着技术的发展，UPS电源和储能系统正逐步融合，为电子行业提供更高效、更全面的电能质量治理和储能解决方案。E变换模式UPS与锂电池的结合，实现了电压暂降治理、全电能质量保障和储能功能的三合一，显著提升了供电可用性、系统效率和经济性，是当前电子半导体工厂实现低碳、节能和高效运行的重要技术支撑。