目前不间断电源(UPS)在通讯基站、数据中心、制造业中广泛应用,但这些电源的软肋是蓄电池,因为电池需要定期更换,维护成本高,成为可靠性的隐患。目前质子交换膜燃料电池(PEMFC)的寿命已经能够满足UPS应用的要求,用质子交换膜燃料电池替换蓄电池,可以提升电源系统的可靠性,并能实现长备用。不间断电源系统可靠性的另一个担心来自于电力电子变换器,因为电力电子变换器中的电力电子器件(IGBT或MOSFET)和电解电容比较脆弱,容易发生故障,且大多数电力电子变换电路没有容错运行能力,任何元件或者子系统的故障都有可能造成系统的崩溃。因此,需要在经典设计的基础上,进行冗余设计和容错运行的研究,以提高系统可靠性。燃料电池UPS系统中,燃料电池采用冷备用方式,并具有冷启动时间长,输出惯性大,响应慢的特征,这些决定了燃料电池UPS系统的备用供电模式和整流逆变供电模式的切换方式与传统UPS系统有明显区别。本文第二章探讨了三种工作模式间无缝切换的控制策略,针对燃料电池冷启动问题,提出了一套切换控制策略,在燃料电池冷启动阶段,利用能量管理单元支撑母线,提供负载能量,燃料电池可以空载冷启动,之后利用能量管理单元辅助燃料电池缓慢加载。这种控制策略确保了切换过程中负载不间断供电,同时解决了燃料电池冷备用的问题。本章最后通过实验验证了整个切换策略可以实现系统模式间平稳、快速的切换。变换器并联技术已经广泛应用于UPS、通信基站等领域,主要用于扩展系统容量和提高系统可靠性。本文第三章分析了传统并联逆变器系统IGBT短路故障隔离中的二大核心问题:当一台变换器故障时,另外一台正常变换器受到的最大电流冲击和故障隔离需要的最长时间。为了分析这些问题,首先讨论了并联逆变器系统中IGBT短路故障隔离的四个阶段。基于阶段分析,获得非故障模块受到的最大电流冲击和故障隔离最长时间的数学模型,并通过案例分析了相关设计参数对最大电流冲击和最长故障隔离时间的影响。最后进行实验验证。基于第三章中传统并联逆变器系统故障隔离的问题,第四章探讨了改变无源元件抑制冲击电流的方法来实现系统容错运行。首先进行需求分析,针对故障过程中产生的冲击电流,采用参数设计的方法进行抑制。从输出无源元件、母线电压和限流电流保护门槛值三个参数进行设计,定量分析三个参数的不同设计方法对冲击电流的影响情况,并结合具体的案例给出分析结果,结果表明母线电压和限流保护门槛值对冲击电流抑制效果有限,并决定采用重新设计滤波参数的方法来抑制冲击电流。最后进行实验验证。