質(zhì)子交換膜燃料電池功率變換系統(tǒng)控制研究.pdf

1、能源問(wèn)題和環(huán)境問(wèn)題已成為制約全球經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的兩大重要因素,然而當(dāng)前可再生能源的間歇性問(wèn)題日漸成為其發(fā)展的技術(shù)瓶頸。以氫等為燃料的燃料電池是一種先進(jìn)、清潔的新型能源,它具有能量密度大、發(fā)電效率高、噪音低和綠色無(wú)污染等特點(diǎn)。燃料電池與可再生能源相配合,可以組成高效、環(huán)保的能源體系,這不但有利于推動(dòng)可再生能源的利用,也將為改善現(xiàn)有能源結(jié)構(gòu)、提高環(huán)境質(zhì)量提供一條有效的途徑。本文主要針對(duì)燃料電池特性和發(fā)電系統(tǒng)需求開(kāi)展質(zhì)子交換膜燃料電池功率變換系

2、統(tǒng)控制的研究,主要包括三方面研究?jī)?nèi)容:1、燃料電池高效率功率變換結(jié)構(gòu)分析與比較,2、燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的能量管理與低頻紋波抑制策略,3、燃料電池功率變換系統(tǒng)控制構(gòu)架與穩(wěn)定性分析。
　　 本文第一章介紹了燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用與前景、燃料電池的種類(lèi)以及質(zhì)子交換膜燃料電池的輸出特性等,并針對(duì)本文主要的研究工作,介紹了質(zhì)子交換膜燃料電池發(fā)電系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)。
　　 目前燃料電池的成本較高,提高功率變換系統(tǒng)效率是充

3、分利用燃料電池輸出容量、提高發(fā)電系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)的關(guān)鍵。本文第二章主要針對(duì)中大功率應(yīng)用場(chǎng)合,對(duì)燃料電池發(fā)電系統(tǒng)功率變換結(jié)構(gòu)和電路拓?fù)溥M(jìn)行了分析與比較,并基于損耗模型進(jìn)行功率變換電路的損耗分析,從中選擇效率最優(yōu)的解決方案,為燃料電池功率變換系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與拓?fù)溥x擇提供理論依據(jù)。
　　 燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的能量管理對(duì)于延長(zhǎng)燃料電池使用壽命,匹配負(fù)載特性需求具有重要的意義。本文第三章主要針對(duì)突變負(fù)載的沖擊和不平衡負(fù)載的低頻電流紋波問(wèn)題開(kāi)展

4、理論分析,提出一種兼有負(fù)載沖擊和低頻紋波抑制的能量管理策略,保證燃料電池輸出緩慢變化,阻隔低頻紋波進(jìn)入燃料電池,并且有效地減小直流母線(xiàn)電容量,避免電解電容的使用?；谀芰抗芾聿呗?進(jìn)行了能量管理單元的控制環(huán)路設(shè)計(jì)、超級(jí)電容儲(chǔ)能陣列的儲(chǔ)能管理和儲(chǔ)能容量的最小化設(shè)計(jì)等,為燃料電池發(fā)電系統(tǒng)能量管理的實(shí)現(xiàn)提供工程化的設(shè)計(jì)方法。
　　 燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)性能直接取決于系統(tǒng)的控制方案與設(shè)計(jì)。本文第四章從燃料電池的特性,發(fā)電系統(tǒng)功能

5、需求和功率變換結(jié)構(gòu)出發(fā),提出一種適用于燃料電池三電子功率變換系統(tǒng)的控制構(gòu)架,并基于功率變換系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型給出了控制環(huán)路的設(shè)計(jì)方法。針對(duì)燃料電池發(fā)電系統(tǒng)中多變換器級(jí)聯(lián)的穩(wěn)定性問(wèn)題,進(jìn)行了系統(tǒng)級(jí)聯(lián)端口輸入輸出阻抗模型的推導(dǎo)和計(jì)算,并根據(jù)穩(wěn)定性判據(jù)分析燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定性,為系統(tǒng)控制設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供理論指導(dǎo)。
　　 基于理論研究的成果,本文搭建了30kW質(zhì)子交換膜燃料電池發(fā)電系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。本文第五章著重介紹了實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的構(gòu)架,硬件和軟