【摘要】：我國屬災害頻發(fā)國家,災害可對核電、重大工程造成巨大損失,儲能系統(tǒng)能夠為核電站、重大工程、通信、搶災救災、國防等要害部門提供持續(xù)可靠的電能。因此開展包括采用燃料電池、鋰電池、超級電容等多能源儲能融合技術的研發(fā),并研制滿足可靠、長備用不間斷供電要求的裝置具有重大意義。本文在回顧多能源儲能系統(tǒng)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及其發(fā)展的基礎上,針對重大工程供電電源的需求開展了多能源儲能系統(tǒng)的架構(gòu)、保護以及容錯技術的研究。本文第一章介紹了多能源儲能系統(tǒng)的應用與前景,并針對本文主要的研究工作,回顧了多能源儲能系統(tǒng)的研究及應用的現(xiàn)狀。系統(tǒng)架構(gòu)是構(gòu)建多能源儲能系統(tǒng)的基礎,它直接關系到供電效率、系統(tǒng)成本、可靠性以及靈活性等性質(zhì)。本文第二章首先建立了多能源儲能系統(tǒng)架構(gòu)的抽象模型。在此基礎上,提出了多能源儲能系統(tǒng)架構(gòu)的系統(tǒng)演繹方法�；诠β首儞Q效率、可靠性和經(jīng)濟性三個測度,分別建立了多能源系統(tǒng)架構(gòu)評價的定量分析數(shù)學模型,并開展了多能源儲能系統(tǒng)架構(gòu)的評價方法的研究。基于架構(gòu)演繹和評價方法,對面向重大工程的多能源供電電源系統(tǒng)進行了架構(gòu)設計。并對比分析了多能源儲能系統(tǒng)與傳統(tǒng)單一儲能系統(tǒng)的可靠性和經(jīng)濟性。變換單元快速短路故障隔離是保證整個多能源儲能系統(tǒng)安全運行的關鍵。針對多能源儲能系統(tǒng)的保護技術,本文第三章首先分析了系統(tǒng)的短路故障機理,基于故障電流特征,發(fā)展了基于故障電流方向的短路保護方案。該方案不需要依賴任何變換單元之間的通信,提高了保護的快速性。并設計了基于固態(tài)斷路器的隔離方案,分析了固態(tài)斷路器寄生電感對高斜率故障電流檢測的影響。通過補償寄生電感影響的故障電流測量方法,提高故障電流的檢測精度,并進行了實驗驗證。容錯技術是提升多能源儲能系統(tǒng)可靠性的重要途徑。針對多能源儲能系統(tǒng)的容錯技術的研究,本文第四章從系統(tǒng)級層面分析了提升多能源儲能系統(tǒng)應對電源故障的容錯能力。首先,具體分析了不同故障情況下,系統(tǒng)的容錯運行方案。基于多能源儲能系統(tǒng)的架構(gòu)和控制系統(tǒng),提出了一種分層容錯控制策略。容錯策略主要基于變換器本地直流母線電壓的檢測,減少了對通信的依賴,提升了方案的可靠性。詳細給出了容錯運行方案的參數(shù)設計方法。以重大工程的多能源供電的超級UPS系統(tǒng)為例,給出容錯運行策略的具體實現(xiàn)方案,并開發(fā)了滿足多能源儲能系統(tǒng)容錯運行要求的標準功率變換單元的設計方法。最后,進行了實驗驗證。本文第五章介紹了多能源儲能系統(tǒng)的協(xié)同控制方案和試驗平臺。首先,以面向重大工程的多能源供電電源系統(tǒng)為背景,制定了多能源供電優(yōu)先級并設計了多能源協(xié)同方案,得到了多能源系統(tǒng)的工作模式。為了驗證多能源儲能系統(tǒng)架構(gòu)的合理性、系統(tǒng)控制策略、保護策略以及容錯設計的有效性,建立了 100kW面向重大工程供電的多能源儲能系統(tǒng)平臺�；谀K化思想,搭建了采用標準化功率變換單元的多能源儲能系統(tǒng)功率變換裝置。開發(fā)了上位機平臺及其以太網(wǎng)通信系統(tǒng)架構(gòu)。實驗驗證了系統(tǒng)設計的合理性和協(xié)同控制策略的可行性。最后,介紹了面向重大工程的應急電源應用示范系統(tǒng)。最后,第六章對本文的主要貢獻進行了總結(jié),對進一步的研究工作做出了展望。
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TM623
【圖文】：

隨著數(shù)據(jù)中心規(guī)模的快速增長，社會經(jīng)濟活動對其的依賴度很高，導致了數(shù)據(jù)中心一逡逑旦發(fā)生宕機將造成巨大的損失。例如，２０１３年８月丨６日亞馬遜的數(shù)據(jù)中心宕機３０分鐘，逡逑就造成了邋２００萬美元的巨額損失。２０１４年谷歌公司僅宕機５分鐘，損失也達到了約５４．５逡逑１逡逑

浙江大學博士學位論文邐第１章萬美元。據(jù)艾默生公司統(tǒng)計，２０１６年美國的數(shù)據(jù)中心單次宕機的平均損失為７４萬美２０１０年增長了邋４６％，單次最大損失為２４０萬美元比２０１０年增長了邋１３７°／。［３】，如圖１－３示。造成數(shù)據(jù)中心宕機的原因包括不間斷電源（ＵＰＳ）供電故障、網(wǎng)絡攻擊、人工故供水供熱故障、天氣原因等。其中，最主要原因是供電故障，大約四分之一的宕機由斷電源的故障造成，如圖１－４所示。因此，提高數(shù)據(jù)中心可靠性、降低宕機造成的損關鍵途徑是提高數(shù)據(jù)中心供電電源的可靠性。逡逑￣￣

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【參考文獻】

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1 徐德鴻;陳文杰;何國鋒;施科研;李海津;嚴成;;新能源對電力電子提出的新課題[J];電源學報;2014年06期

2 趙爭鳴;賀凡波;雷一;田琦;;光伏并網(wǎng)發(fā)電若干關鍵技術分析與綜述[J];電力電子技術;2013年03期

3 袁小明;程時杰;文勁宇;;儲能技術在解決大規(guī)模風電并網(wǎng)問題中的應用前景分析[J];電力系統(tǒng)自動化;2013年01期

4 王偉;吳r

本文編號：2792286