基于虛擬同步發(fā)電機的質(zhì)子交換膜燃料電池發(fā)電技術(shù)研究.pdf

1、以燃料電池等新能源為主的分布式發(fā)電越來越得到人們的關(guān)注，其在傳統(tǒng)電網(wǎng)中所占比重也越來越大。而分布式發(fā)電系統(tǒng)中各個分布式電源都有同一輸出接口（逆變器），若將這些逆變器控制策略統(tǒng)一成具有同步發(fā)電機特性的模型，那么現(xiàn)有電力系統(tǒng)中積淀的經(jīng)驗便可直接借鑒，這一控制思想稱為虛擬同步發(fā)電機技術(shù)。本文建立了采用虛擬同步發(fā)電機技術(shù)的質(zhì)子交換膜燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，并搭建實驗平臺，驗證其在孤島模式運行和并網(wǎng)模式運行條件下系統(tǒng)的特性。
　　本文分如下四個部

2、分進行描述：
　　第一個部分描述當前電力系統(tǒng)運行的種種弊端，引出建立分布式發(fā)電系統(tǒng)是解決這些問題的方向之一；闡述燃料電池發(fā)展概況并介紹了質(zhì)子交換膜燃料電池模型的研究現(xiàn)狀；給出了目前逆變器三相全控橋式結(jié)構(gòu)和三種常用控制方法；著重分析了加入同步發(fā)電機電磁暫態(tài)過程的電壓型虛擬同步發(fā)電機等效和控制方法；提出本文需要構(gòu)建的質(zhì)子交換膜燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的技術(shù)要求。
　　第二個部分使用半經(jīng)驗法構(gòu)建了質(zhì)子交換膜燃料電池的仿真模型，包括堆電壓模

3、型、燃料流量模型、動態(tài)分析簡化模型及其外圍設(shè)備等效模型；給出其對應(yīng)的靜態(tài)特性曲線和動態(tài)特性曲線，并分析不同溫度下電池電壓和功率曲線。
　　第三個部分仿照同步電機的數(shù)學模型和控制方法，構(gòu)建虛擬同步發(fā)電機的數(shù)學模型和控制方法，即建立虛擬同步發(fā)電機的電磁方程、轉(zhuǎn)子運動方程、調(diào)速器控制方法及勵磁器控制方法；引入雙PI內(nèi)環(huán)控制的方法用來更加逼近同步發(fā)電機模型,指出采用電壓環(huán)作為雙PI內(nèi)環(huán)的弊端，設(shè)計了電流作為雙 PI內(nèi)環(huán)的控制方法；給出控制

4、策略中關(guān)鍵參數(shù)的選取方法和電路里濾波參數(shù)的設(shè)計方法；給出了虛擬同步發(fā)電機控制電路設(shè)計原理圖和設(shè)計思路，包括主控板、拓展板、轉(zhuǎn)接板、驅(qū)動板、采樣板和顯示板；簡單介紹了控制軟件編程基本思想。
　　第四個部分搭建虛擬同步發(fā)電機控制孤島模式運行和并網(wǎng)模式運行條件仿真，驗證其和同步發(fā)電機一致性；并完成了采用虛擬同步發(fā)電機的質(zhì)子交換膜燃料電池發(fā)電系統(tǒng)孤島模式和并網(wǎng)條件下的仿真，仿真結(jié)果表明，本文搭建的質(zhì)子交換膜燃料電池發(fā)電系統(tǒng)可以良好地輸出指