分布式燃料电池UPS监控系统的设计与实现

论文摘要

燃料电池是21世纪最有前途的绿色能源之一,因其具有比功率高、工作温度低、发电效率高、噪声低、零排放等优良特性,被广泛用于移动电源和车辆动力系统。本文基于燃料电池控制技术和网络通信技术,为质子交换膜(PEM)燃料电池UPS设计了监控系统,实现了燃料电池UPS系统的本地监控和远程监控。对燃料电池UPS系统进行实时监控,根据其运行状态对其进行故障预测及诊断是保证燃料电池UPS系统能够安全、稳定、可靠地运行的重要途径。随着网络通信技术的发展,本系统在实现传统的基于RS232串口的本地监控模块的基础上,还在Linux平台上实现了基于以太网的远程监控模块,完成了燃料电池UPS系统的实时监测与控制,即遥信、遥测、遥控、遥调“四遥”功能；论文首先介绍了燃料电池UPS系统的基本组成部件,并对其监控系统的结构进行了设计,鉴于燃料电池监控模块和能量管理监控模块在系统中的重要地位,着重介绍了这两个模块的功能设计。然后详细设计了监控系统的各个功能模块的软硬件,最后,实现了监控系统的本地监控和远程监控。系统的远程监控部分采用的是B／S(浏览器／服务器)结构,用户只需要在远程客户端的通用浏览器里就可以实现对生产现场的燃料电池UPS系统的监测和控制,有利于系统的维护与升级,数据类型也可以动态扩展。论文采用PHP动态服务器语言对远程监控服务器端的监控程序进行了编写,设计了监控界面,实现了燃料电池UPS系统运行状态的显示、监控和数据存储功能。最后,对燃料电池UPS监控系统的本地监控单元和远程监控单元分别进行了实验测试,结果表明,这两个监控单元都能较好地完成对燃料电池UPS系统的监测与控制,实现了设计功能。本文在文章结尾总结了取得的成果,提出了系统的不足,给出了作者的建议,同时对该项理论和技术的前景进行了分析和展望。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 燃料电池UPS监控的研究背景
• 1.2 国内外的研究现状和发展
• 1.2.1 燃料电池发展现状
• 1.2.2 监控技术发展现状
• 1.3 本课题研究的目标和主要内容
• 1.4 本论文的主要工作
• 第二章 燃料电池UPS及其监控系统的总体结构设计
• 2.1 燃料电池概述
• 2.1.1 燃料电池的分类
• 2.1.2 燃料电池的输出特性
• 2.1.3 燃料电池的应用
• 2.2 超级电容概述
• 2.2.1 超级电容的储能特性
• 2.2.2 超级电容的应用
• 2.3 燃料电池UPS及其监控系统的总体结构设计
• 2.3.1 燃料电池UPS的组成
• 2.3.2 燃料电池UPS监控系统的总体结构
• 2.3.3 燃料电池监控模块结构设计
• 2.3.4 能量管理监控模块结构设计
• 第三章 监控系统的硬件设计与实现
• 3.1 分布式监控系统的设计原则
• 3.2 基本监控模块设计与实现
• 3.2.1 监控系统电源模块
• 3.2.2 电网失效监测模块的设计
• 3.2.3 燃料电池监控模块的设计
• 3.2.4 能量管理监控模块
• 3.2.5 显示模块
• 3.3 系统的本地监控实现
• 3.3.1 本地监控的组成和功能
• 3.3.2 本地监控部分的硬件接口设计
• 3.4 系统的远程监控实现
• 3.4.1 远程监控的功能
• 3.4.2 嵌入式硬件平台资源
• 第四章 监控系统的软件设计与实现
• 4.1 PIC单片机软件开发环境
• 4.2 系统本地监控的软件设计
• 4.2.1 燃料电池监控模块的软件设计
• 4.2.2 能量管理监控模块的软件设计
• 4.2.3 本地监控的通信实现
• 4.3 系统远程监控的软件设计
• 4.3.1 Linux软件环境搭建
• 4.3.2 嵌入式WEB服务器实现
• 4.3.3 服务器端软件设计
• 第五章 系统测试
• 5.1 本地监控测试
• 5.1.1 燃料电池监控模块测试
• 5.1.2 能量管理监控模块测试
• 5.2 远程监控的测试
• 5.2.1 系统的远程监控测试
• 5.2.2 远程数据管理测试
• 5.3 测试结果分析
• 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录1:监控系统测试平台
• 附录2:监控系统进箱设备图
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 攻读硕士学位期间的科研情况