双能源不间断电源功率变换及控制

发布时间：2017-09-24 19:37

  本文关键词：双能源不间断电源功率变换及控制

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【摘要】：不间断电源(UPS)已经广泛应用在数据中心、交通枢纽、精密制造等重要场所。在传统UPS中,柴油机通常被引入作为长时间后备,然而柴油发电机的燃料需要存放在储油罐内,内部的油料也要定期更换,从而增加了系统的维护成本。此外,柴油机存在污染严重的问题。 在双能源UPS中,天然气发电机取代了传统的柴油机,和电网构成双能源的输入。由于电网和天然气管道为相互独立的公共基础设施,双能源的结构实现了冗余供能,提高了UPS供电可靠性。本文开展了双能源UPS功率变换和控制的研究。 本文第一章介绍了UPS的发展,回顾了前人引入新能源、燃料电池等设备提高供电可靠性的情况。随后介绍了天然气发电的前景和研究现状。最后给出了双能源UPS的架构并分析了该系统的特点。 天然气发电机通过AC/DC整流器接入到双能源UPS,因此功率变换单元的设计是系统运行的基础。本文第二章主要介绍了功率变换器和能量管理的设计。首先通过实验分析了50kW天然气发电机的特性。在此基础上,结合双能源UPS的应用需求设计了发电机接入的AC/DC整流器。以效率为目标选择了变换器的开关频率和功率器件,并设计了相应的主电路参数、控制方案和保护方案。此外,针对天然气发电机冷启动延迟的问题,设计了天然气发电机和超级电容配合的能量管理方案。超级电容在机组冷启动期间提供负载功率,实现了不间断供电,同时保证发电机在空载状态下启动。 UPS应该保证负载的连续供电。因此,在电网掉电的情况下,能源之间的切换是实现双能源冗余供电的前提。本文第三章主要探讨了双能源之间的切换控制。首先分析了双能源UPS的运行模式和模式之间的切换条件。随后结合超级电容辅助发电机冷启动的能量管理方案,设计了电网供电模式和天然气供电模式之间的无缝切换控制策略。能源切换控制策略针对了电网掉电和电网恢复两种不同情况,并保证切换过程中负载的不间断供电。 在一套10kW的双能源UPS实验装置平台上进行了相关的验证实验。
【关键词】：双能源UPS 可靠性 天然气 模式切换控制
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN86
【目录】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-12
• 第1章 绪论12-24
• 1.1 不间断电源(UPS)的发展12-15
• 1.2 天然气发电及其应用15-21
• 1.2.1 天然气发电背景和意义15-17
• 1.2.2 天然气发电的研究现状17-21
• 1.3 双能源UPS系统21-22
• 1.3.1 双能源UPS系统架构21-22
• 1.3.2 双能源UPS系统的特点22
• 1.4 本文的主要工作22-24
• 第2章 天然气发电单元的设计和能量管理24-58
• 2.1 天然气发电机的特性24-33
• 2.1.1 发电机的启动25-26
• 2.1.2 发电机的稳态特性26-28
• 2.1.3 发电机的动态特性28-31
• 2.1.4 发电机的经济特性31-33
• 2.2 功率变换单元的设计和验证33-48
• 2.2.1 功率变换单元设计需求33-34
• 2.2.2 功率变换器设计34-43
• 2.2.3 实验结果43-48
• 2.3 双能源UPS的能量管理48-57
• 2.3.1 能量管理需求48-49
• 2.3.2 能量管理设计49-52
• 2.3.3 实验结果52-57
• 2.4 本章小结57-58
• 第3章 双能源UPS的控制58-78
• 3.1 双能源UPS的运行介绍58-59
• 3.1.1 双能源UPS的供电模式58-59
• 3.1.2 双能源UPS的模式切换59
• 3.2 能源的无缝切换控制59-71
• 3.2.1 电网供电到天然气供电60-66
• 3.2.2 天然气供电到电网供电66-69
• 3.2.3 整体切换控制方案69-71
• 3.3 实验结果71-77
• 3.3.1 电网到天然气供电中超级电容释放的能量71-72
• 3.3.2 电网供电到天然气供电(电网掉电)72-75
• 3.3.3 天然气供电到电网供电(电网恢复)75-77
• 3.4 本章小结77-78
• 第4章 总结与展望78-80
• 4.1 本文的工作总结78
• 4.2 未来工作的展望78-80
• 参考文献80-84
• 附录A 发电机特性测试结果84-85
• 附录B T型三电平变换器损耗模型85-88
• 附录C 三电平AC/DC变换器建模88-91
• 附录D 装置照片91-94
• 攻读硕士期间发表的论文94-96
• 致谢96

【参考文献】

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本文编号：913110