本文關(guān)鍵詞：雙能源不間斷電源功率變換及控制

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【摘要】：不間斷電源(UPS)已經(jīng)廣泛應(yīng)用在數(shù)據(jù)中心、交通樞紐、精密制造等重要場所。在傳統(tǒng)UPS中,柴油機通常被引入作為長時間后備,然而柴油發(fā)電機的燃料需要存放在儲油罐內(nèi),內(nèi)部的油料也要定期更換,從而增加了系統(tǒng)的維護成本。此外,柴油機存在污染嚴(yán)重的問題。 在雙能源UPS中,天然氣發(fā)電機取代了傳統(tǒng)的柴油機,和電網(wǎng)構(gòu)成雙能源的輸入。由于電網(wǎng)和天然氣管道為相互獨立的公共基礎(chǔ)設(shè)施,雙能源的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了冗余供能,提高了UPS供電可靠性。本文開展了雙能源UPS功率變換和控制的研究。 本文第一章介紹了UPS的發(fā)展,回顧了前人引入新能源、燃料電池等設(shè)備提高供電可靠性的情況。隨后介紹了天然氣發(fā)電的前景和研究現(xiàn)狀。最后給出了雙能源UPS的架構(gòu)并分析了該系統(tǒng)的特點。 天然氣發(fā)電機通過AC/DC整流器接入到雙能源UPS,因此功率變換單元的設(shè)計是系統(tǒng)運行的基礎(chǔ)。本文第二章主要介紹了功率變換器和能量管理的設(shè)計。首先通過實驗分析了50kW天然氣發(fā)電機的特性。在此基礎(chǔ)上,結(jié)合雙能源UPS的應(yīng)用需求設(shè)計了發(fā)電機接入的AC/DC整流器。以效率為目標(biāo)選擇了變換器的開關(guān)頻率和功率器件,并設(shè)計了相應(yīng)的主電路參數(shù)、控制方案和保護方案。此外,針對天然氣發(fā)電機冷啟動延遲的問題,設(shè)計了天然氣發(fā)電機和超級電容配合的能量管理方案。超級電容在機組冷啟動期間提供負載功率,實現(xiàn)了不間斷供電,同時保證發(fā)電機在空載狀態(tài)下啟動。 UPS應(yīng)該保證負載的連續(xù)供電。因此,在電網(wǎng)掉電的情況下,能源之間的切換是實現(xiàn)雙能源冗余供電的前提。本文第三章主要探討了雙能源之間的切換控制。首先分析了雙能源UPS的運行模式和模式之間的切換條件。隨后結(jié)合超級電容輔助發(fā)電機冷啟動的能量管理方案,設(shè)計了電網(wǎng)供電模式和天然氣供電模式之間的無縫切換控制策略。能源切換控制策略針對了電網(wǎng)掉電和電網(wǎng)恢復(fù)兩種不同情況,并保證切換過程中負載的不間斷供電。 在一套10kW的雙能源UPS實驗裝置平臺上進行了相關(guān)的驗證實驗。
【關(guān)鍵詞】：雙能源UPS 可靠性 天然氣 模式切換控制
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN86
【目錄】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-12
• 第1章 緒論12-24
• 1.1 不間斷電源(UPS)的發(fā)展12-15
• 1.2 天然氣發(fā)電及其應(yīng)用15-21
• 1.2.1 天然氣發(fā)電背景和意義15-17
• 1.2.2 天然氣發(fā)電的研究現(xiàn)狀17-21
• 1.3 雙能源UPS系統(tǒng)21-22
• 1.3.1 雙能源UPS系統(tǒng)架構(gòu)21-22
• 1.3.2 雙能源UPS系統(tǒng)的特點22
• 1.4 本文的主要工作22-24
• 第2章 天然氣發(fā)電單元的設(shè)計和能量管理24-58
• 2.1 天然氣發(fā)電機的特性24-33
• 2.1.1 發(fā)電機的啟動25-26
• 2.1.2 發(fā)電機的穩(wěn)態(tài)特性26-28
• 2.1.3 發(fā)電機的動態(tài)特性28-31
• 2.1.4 發(fā)電機的經(jīng)濟特性31-33
• 2.2 功率變換單元的設(shè)計和驗證33-48
• 2.2.1 功率變換單元設(shè)計需求33-34
• 2.2.2 功率變換器設(shè)計34-43
• 2.2.3 實驗結(jié)果43-48
• 2.3 雙能源UPS的能量管理48-57
• 2.3.1 能量管理需求48-49
• 2.3.2 能量管理設(shè)計49-52
• 2.3.3 實驗結(jié)果52-57
• 2.4 本章小結(jié)57-58
• 第3章 雙能源UPS的控制58-78
• 3.1 雙能源UPS的運行介紹58-59
• 3.1.1 雙能源UPS的供電模式58-59
• 3.1.2 雙能源UPS的模式切換59
• 3.2 能源的無縫切換控制59-71
• 3.2.1 電網(wǎng)供電到天然氣供電60-66
• 3.2.2 天然氣供電到電網(wǎng)供電66-69
• 3.2.3 整體切換控制方案69-71
• 3.3 實驗結(jié)果71-77
• 3.3.1 電網(wǎng)到天然氣供電中超級電容釋放的能量71-72
• 3.3.2 電網(wǎng)供電到天然氣供電(電網(wǎng)掉電)72-75
• 3.3.3 天然氣供電到電網(wǎng)供電(電網(wǎng)恢復(fù))75-77
• 3.4 本章小結(jié)77-78
• 第4章 總結(jié)與展望78-80
• 4.1 本文的工作總結(jié)78
• 4.2 未來工作的展望78-80
• 參考文獻80-84
• 附錄A 發(fā)電機特性測試結(jié)果84-85
• 附錄B T型三電平變換器損耗模型85-88
• 附錄C 三電平AC/DC變換器建模88-91
• 附錄D 裝置照片91-94
• 攻讀碩士期間發(fā)表的論文94-96
• 致謝96

【參考文獻】

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本文編號：913110