大型UPS在半導(dǎo)體制造廠的應(yīng)用

一.引言

半導(dǎo)體制造業(yè)是全球十大重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)之一,是技術(shù)資金密集,技術(shù)進(jìn)步和投資風(fēng)險(xiǎn)高的產(chǎn)業(yè).中緯公司是浙江省至今唯一的6英吋芯片制造項(xiàng)目,該項(xiàng)目于2003年7月投產(chǎn)以來(lái),當(dāng)前的產(chǎn)量已達(dá)10000片/月.半導(dǎo)體制造廠對(duì)電力網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行有較高的要求.晶園代工企業(yè)的精密設(shè)備不能忍受這種短暫的電壓閃變、跌落、瞬時(shí)供電中斷,每次電壓閃變都可能導(dǎo)致生產(chǎn)出廢品，甚至使得某些機(jī)器出現(xiàn)重新啟動(dòng)的現(xiàn)象。

公司裝有Powerware 9315 UPS 2*200KVA,3*625KVA共計(jì)5臺(tái).共容量:2275KVA,位于PUB3F, 2*200KVA主要為FAC系統(tǒng)的UPW,PCW,PCT,PV及FAB的部分照明提供可靠電力, 3*6250KVA主要為FAB的TOOLS(注入、擴(kuò)散、光刻)等機(jī)臺(tái)提供穩(wěn)定的供電之用.

二. Powerware 9315系列UPS工作方式與性能特點(diǎn)

1.UPS本公司的工作示意圖如下:

a. 2*200KVA并聯(lián)單線圖

b. 3*625KVA (2+1)熱同步并機(jī)單線圖

2. Powerware 9315系列UPS特點(diǎn)：

a、獨(dú)特且可靠的并機(jī)技術(shù)
　　

Powerware 9315采用獨(dú)特的“熱同步”直接并機(jī)技術(shù)，在各UPS單機(jī)之間無(wú)需通訊電纜連接來(lái)傳遞實(shí)時(shí)信號(hào)，就可實(shí)現(xiàn)并機(jī)的“均流”控制。對(duì)于并機(jī)系統(tǒng)中的各臺(tái)UPS，它們都處于完全“平等”的調(diào)控狀態(tài)之中。采用獨(dú)特的“小步長(zhǎng)，高頻率”同步相位調(diào)制法。每臺(tái)UPS能“智能”地將位于并機(jī)系統(tǒng)中的各臺(tái)UPS的同步跟蹤調(diào)到最佳狀態(tài)(彼此之間的相位差幾乎為零)和實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)地調(diào)節(jié)所帶的負(fù)載百分比。實(shí)現(xiàn)高精度的負(fù)載均分，并在逆變器萬(wàn)一發(fā)生故障時(shí)，將有故障的UPS迅速、可靠地從并機(jī)系統(tǒng)中脫機(jī)，從而確保并機(jī)系統(tǒng)繼續(xù)向用戶提供高質(zhì)量的逆變器電源。并機(jī)系統(tǒng)的負(fù)載電流“均流”不均衡度小于2%

b、智能化電池管理系統(tǒng)DC Expert
　　

為確保電池的有效使用壽命，配置具有完善的智能化電池管理系統(tǒng)，獨(dú)特的電池測(cè)試維護(hù)軟件。利用DC Expert的“自診斷”定時(shí)監(jiān)控功能使您對(duì)電池的維護(hù)進(jìn)行預(yù)先策劃，從而避免在發(fā)生市電停電時(shí)，因電池?fù)p壞而引起負(fù)載供電中斷的重大事故，提高整機(jī)供電系統(tǒng)的可靠性。

c、獨(dú)特的控制板通訊技術(shù)
　　

采用高性能微處理器“數(shù)字信號(hào)控制技術(shù)”+軟件可編程調(diào)控技術(shù)+控制板間的網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)，大大減少控制板數(shù)量和控制板之間的傳輸連接線，確保UPS具有高可靠性和高一致性。

d、極強(qiáng)的抗過(guò)載能力
　　

具有極強(qiáng)的抗輸出過(guò)載能力(300%,300毫秒)+優(yōu)良的抗輸出短路限流能力，可確保逆變器安全可靠地運(yùn)行。

e、大屏幕液晶顯示功能

f、遠(yuǎn)程監(jiān)控功能及電源監(jiān)察院控管理軟件
　　

Powerware 9315系列UPS同時(shí)向用戶提供RS232和RS485接口，一組繼電器干接點(diǎn)輸出接口和一組“用戶自定義”報(bào)警信號(hào)輸入接口等四種通訊接口，再配置上POWERWARE公司所提供的電源監(jiān)管軟件，就可組成具有網(wǎng)絡(luò)管理功能的智能化UPS供電系統(tǒng)，從而可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程集中監(jiān)控。PowerVision軟件提供了預(yù)先報(bào)警的功能，而ForeSeer軟件通過(guò)SNMP為您提供全方位的企業(yè)管理。

3.本公司200KVA/625KVA POWERWARE 9315系列UPS的配置參數(shù)表:

三.大型UPS諧波分析:

諧波產(chǎn)生的根本原因是由于非線性電子元件所致。當(dāng)電流流經(jīng)負(fù)載時(shí)，與所加的電壓不呈線性關(guān)系，就形成非正弦電流，從而產(chǎn)生諧波。諧波頻率是基波頻率的整倍數(shù)，根據(jù)法國(guó)數(shù)學(xué)家傅立葉(M．Fourier)分析原理證明，任何重復(fù)的波形都可以分解為含有基波頻率和一系列為基波倍數(shù)的諧波的正弦波分量。諧波是正弦波，每個(gè)諧波都具有不同的頻率，幅度與相角。諧波可以I區(qū)分為偶次與奇次性，第3、5、7次編號(hào)的為奇次諧波，而2、1 4，6、8等為偶次諧波，如基波為50Hz時(shí)，2次諧波為lOOHz，3次諧波則是150Hz。一般地講，奇次諧波引起的危害比偶次諧波更多更大。在平衡的三相系統(tǒng)中， 由于對(duì)稱關(guān)系，偶次諧波已經(jīng)被消除了，只有奇次諧波存在。對(duì)于三相整流負(fù)載，出現(xiàn)的諧波電流是6n±1次諧波，例如5、7，11、13、17、19等，變頻器主要產(chǎn)生5、7次諧波。諧波示意圖如圖所示。

POWERWARE 9315系列UPS的采用12脈沖UPS+11次諧波濾波器,如果UPS整流裝置為三相全控橋12脈沖整流器，加11次諧波濾波器后減小到4.5%以下,可基本完全消除諧波電流含量對(duì)電網(wǎng)的危害, 12脈沖整流器基本消除了5次諧波（衰減率10倍以上）、部分地消除了7次諧波（衰減率2倍）對(duì)電網(wǎng)的注入影響，使得UPS對(duì)上線電網(wǎng)的諧波污染（總電流失真度THDI）衰減了約2倍。另外在UPS輸入端加裝智能濾波器, UPS輸出端加裝隔離變壓器,使UPS產(chǎn)生的諧波影響的范圍較小.低負(fù)載率時(shí)效果很差：UPS大多數(shù)情況下運(yùn)行在60～70％的負(fù)載率，特別是當(dāng)UPS為2＋1冗余并聯(lián)時(shí)，每臺(tái)UPS的負(fù)載率僅在30～40％左右，12脈沖整流器的THDI約等于15％，即使采用12脈沖整流器+H11次濾波器，也仍然在15%左右，

如下圖為本公司UPS工作時(shí)采集到的波形及頻譜分析圖：

a.UPS INPUT瞬時(shí)電壓波形及頻譜分析圖

b. UPS INPUT瞬時(shí)電流波形及頻譜分析圖