不間斷電源系統(tǒng)可靠性若干關(guān)鍵問題研究.pdf

1、目前不間斷電源(UPS)在通訊基站、數(shù)據(jù)中心、制造業(yè)中廣泛應(yīng)用，但這些電源的軟肋是蓄電池，因為電池需要定期更換，維護成本高，成為可靠性的隱患。目前質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)的壽命已經(jīng)能夠滿足UPS應(yīng)用的要求，用質(zhì)子交換膜燃料電池替換蓄電池，可以提升電源系統(tǒng)的可靠性，并能實現(xiàn)長備用。不間斷電源系統(tǒng)可靠性的另一個擔(dān)心來自于電力電子變換器，因為電力電子變換器中的電力電子器件（IGBT或MOSFET）和電解電容比較脆弱，容易發(fā)生故障，且大

2、多數(shù)電力電子變換電路沒有容錯運行能力，任何元件或者子系統(tǒng)的故障都有可能造成系統(tǒng)的崩潰。因此，需要在經(jīng)典設(shè)計的基礎(chǔ)上，進行冗余設(shè)計和容錯運行的研究，以提高系統(tǒng)可靠性。燃料電池UPS系統(tǒng)中，燃料電池采用冷備用方式，并具有冷啟動時間長，輸出慣性大，響應(yīng)慢的特征，這些決定了燃料電池UPS系統(tǒng)的備用供電模式和整流逆變供電模式的切換方式與傳統(tǒng)UPS系統(tǒng)有明顯區(qū)別。
　　本文探討了三種工作模式間無縫切換的控制策略，針對燃料電池冷啟動問題，提出了

3、一套切換控制策略，在燃料電池冷啟動階段，利用能量管理單元支撐母線，提供負(fù)載能量，燃料電池可以空載冷啟動，之后利用能量管理單元輔助燃料電池緩慢加載。這種控制策略確保了切換過程中負(fù)載不間斷供電，同時解決了燃料電池冷備用的問題。最后通過實驗驗證了整個切換策略可以實現(xiàn)系統(tǒng)模式間平穩(wěn)、快速的切換。變換器并聯(lián)技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于UPS、通信基站等領(lǐng)域，主要用于擴展系統(tǒng)容量和提高系統(tǒng)可靠性。分析了傳統(tǒng)并聯(lián)逆變器系統(tǒng)IGBT短路故障隔離中的二大核心問題:

4、當(dāng)一臺變換器故障時，另外一臺正常變換器受到的最大電流沖擊和故障隔離需要的最長時間。為了分析這些問題，首先討論了并聯(lián)逆變器系統(tǒng)中IGBT短路故障隔離的四個階段。基于階段分析，獲得非故障模塊受到的最大電流沖擊和故障隔離最長時間的數(shù)學(xué)模型，并通過案例分析了相關(guān)設(shè)計參數(shù)對最大電流沖擊和最長故障隔離時間的影響。最后進行實驗驗證?；趥鹘y(tǒng)并聯(lián)逆變器系統(tǒng)故障隔離的問題，探討了改變無源元件抑制沖擊電流的方法來實現(xiàn)系統(tǒng)容錯運行。首先進行需求分析，針對故障