高压直流UPS电源系统的研究与应用

发布时间：2017-10-12 15:34

  本文关键词：高压直流UPS电源系统的研究与应用

  更多相关文章： 高压直流UPS电源 高效率 高可靠性 交错并联技术 负载电流前馈控制 能量回馈

【摘要】：随着现在越来越多的信息数据化,使得通信服务器基站的数量及能源消耗在不断增加。UPS电源作为通信基站的重要组成部分,其可靠性和效率是学术界和工业界研究的重点。针对传统的通信基站UPS供电电源存在系统结构复杂、电源效率低、可靠性差和成本高等问题,世界各国提出了高压直流UPS供电电源方案。本论文基于高压直流UPS电源的效率和可靠性为重点展开研究。主要内容包括：1.电路方面,在总结了工频UPS电源、高频UPS电源和-48V直流通信电源的电源结构的基础上,研究采用了两级结构。前级为T型三电平整流电路,改善了输入功率因数和输入电流THD；后级为输入串联输出并联型移相全桥电路,并引入了交错并联技术,降低了开关管所需承受电压电流应力,减小了开关损耗和导通损耗,并减小了输出电流纹波。为了提高电源效率,降低开关管电压尖峰,在后级电路中引入了尖峰吸收能量回馈电路,将开管过程中产生的尖峰电压能量吸收并回馈至负载端。2.控制方面,为了适应通信基站的服务器切换情况,在传统双闭环控制的基础上,在前后两级电路中都引入了负载电流前馈控制。当负载变动时,给控制环路中的电流环基准直接叠加一个超前的负载电流变动量,消除了电源系统负载电流变化对电源系统直流输出的影响,能使系统迅速响应负载变化,提高电源系统动态性能。在能量回馈电路中使用了改进型固定输入电压控制法,避免了在电源启动瞬间主功率能量流经回馈电路,且在电源稳定工作时回馈能量不会反向流动。3.在上述研究的基础上,设计并研制了一台功率为15kW的样机,验证了系统架构的可行性。研究结果表明,此高压直流UPS电源的最高效率96.3%；其负载突变时恢复时间小于200us,电压波动小于5%,动态响应快,输出特性好。
【关键词】：高压直流UPS电源 高效率 高可靠性 交错并联技术 负载电流前馈控制 能量回馈
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN86
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 绪论11-22
• 1.1 高压直流UPS电源的背景及意义11-12
• 1.2 高压直流UPS电源的国内外研究现状12-13
• 1.3 传统数据中心供电电源13-18
• 1.3.1 电网直供13-14
• 1.3.2 老式工频UPS电源14-15
• 1.3.3 高频UPS电源15-17
• 1.3.4 -48V直流通信电源17-18
• 1.4 高压直流UPS电源18-20
• 1.5 本论文的主要研究内容20-22
• 第2章 前级AC/DC功率因数校正电路22-36
• 2.1 功率因数校正电路拓扑选择22-23
• 2.2 三相T型三电平整流电路及其工作原理23-26
• 2.3 三相T型三电平整流电路在dq坐标系下的的小信号模型26-28
• 2.4 三相T型三电平整流电路控制策略28-33
• 2.4.1 传统的双闭环控制策略29-31
• 2.4.2 改进型引入负载电流前馈的双闭环控制策略31-32
• 2.4.3 三电平SVPWM控制算法32-33
• 2.5 三相T型三电平整流电路元器件的设计与选型33-35
• 2.5.1 开关器件的选型33-34
• 2.5.2 滤波电感的设计34
• 2.5.3 输出侧电容的设计34-35
• 2.6 本章小结35-36
• 第3章 后级DC/DC变换电路36-56
• 3.1 DC/DC变换电路拓扑选择36
• 3.2 移相全桥电路及其工作原理36-37
• 3.3 交错并联结构移相全桥电路及其工作原理37-45
• 3.4 交错并联结构移相全桥电路控制策略45-49
• 3.4.1 增量式PID反馈控制算法45-46
• 3.4.2 传统双闭环控制策略46-47
• 3.4.3 引入负载电流前馈的双闭环控制策略47-48
• 3.4.4 不同负载下的单环控制与双闭环控制互相切换控制策略48-49
• 3.5 关键元器件和磁性元件的设计与选型49-55
• 3.5.1 高频主功率变压器的设计49-52
• 3.5.2 输出滤波电感的设计52-54
• 3.5.3 开关管的选型54
• 3.5.4 整流电路二极管选型54-55
• 3.6 本章小结55-56
• 第4章 尖峰吸收能量回馈电路56-60
• 4.1 尖峰吸收能量回馈电路拓扑选型56-57
• 4.2 同步BUCK型能量回馈电路控制策略57-58
• 4.3 同步BUCK的改进型固定输入电压控制法58
• 4.4 本章小结58-60
• 第5章 高压直流UPS电源模块60-68
• 5.1 高压直流UPS电源模块控制策略60-62
• 5.1.1 高压直流UPS电源单模块的启动60-61
• 5.1.2 高压直流UPS电源单模块的关闭61-62
• 5.2 高压直流UPS电源样机62-63
• 5.3 实验验证63-67
• 5.3.1 稳态实验63-65
• 5.3.2 动态实验65-67
• 5.3.3 效率曲线67
• 5.4 本章小结67-68
• 第6章 结束语68-70
• 6.1 总结68
• 6.2 展望68-70
• 参考文献70-74
• 攻读硕士期间发表的论文74

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本文编号：1019532