光伏燃料電池混合發(fā)電系統(tǒng)建模及仿真研究.pdf

1、隨著化石能源的日漸枯竭以及環(huán)境問題的日益突出，世界各國(guó)都加緊了對(duì)新能源的開發(fā)與利用。希望通過(guò)新能源來(lái)替代目前傳統(tǒng)的不可再生的化石能源，實(shí)現(xiàn)能源的可持續(xù)利用。太陽(yáng)能作為一種可再生能源與傳統(tǒng)能源相比具有資源豐富、無(wú)環(huán)境污染且無(wú)處不在等巨大優(yōu)勢(shì)。我國(guó)擁有非常豐富的太陽(yáng)能資源，太陽(yáng)能年總輻射量大于1050kWh/m2的地區(qū)占國(guó)土面積的96％以上。因此采用無(wú)污染、不受地域限制、易于安裝及配置靈活的光伏混合發(fā)電系統(tǒng)是解決目前許多西部無(wú)電或缺電地區(qū)用

2、電問題較好的方案。
　　 由于太陽(yáng)能受到天氣、時(shí)間、季節(jié)等不確定因素的影響，具有隨機(jī)性和間斷性，因此需要獨(dú)立運(yùn)行的光伏發(fā)電系統(tǒng)為了滿足電力的連續(xù)供應(yīng)必須采用必要的能源儲(chǔ)存裝置。儲(chǔ)能裝置的好壞將直接影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性。燃料電池是一種不經(jīng)燃燒直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的的發(fā)電設(shè)備，其發(fā)電過(guò)程中排放的主要是水跟廢熱，對(duì)環(huán)境幾乎沒有什么污染。同時(shí)，氫能是一種理想無(wú)污染的可再生能源，而且它能實(shí)現(xiàn)能源的長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)存，這對(duì)太陽(yáng)能季節(jié)性的波動(dòng)能

3、起到很好的調(diào)節(jié)作用。因此，將水電解槽電解產(chǎn)生的氫能利用儲(chǔ)氫裝置儲(chǔ)存這種方式為光伏發(fā)電系統(tǒng)提供了一種新的儲(chǔ)能方式，但這種儲(chǔ)能方式相對(duì)于傳統(tǒng)的蓄電池儲(chǔ)能方式轉(zhuǎn)化效率較低。微型燃?xì)廨啓C(jī)是近幾年新發(fā)展起來(lái)的一種分布式電源，它以環(huán)境污染小，能源效率高，可用燃料多等諸多優(yōu)點(diǎn)迅速引起人們的關(guān)注。它可與燃料電池結(jié)合組成冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)，這也為光伏混合發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)架提供了一種新的選擇。
　　 本文提出了一種光伏燃料電池混合發(fā)電系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用氫氣儲(chǔ)

4、存來(lái)實(shí)現(xiàn)能源的長(zhǎng)期儲(chǔ)存，并通過(guò)微型燃?xì)廨啓C(jī)和質(zhì)子交換膜燃料電池之間的相互配合來(lái)實(shí)現(xiàn)連續(xù)、穩(wěn)定的電力供應(yīng)。該混合系統(tǒng)主要元件包括光伏陣列、質(zhì)子交換膜燃料電池、質(zhì)子交換膜水電解槽、微型燃?xì)廨啓C(jī)、超級(jí)電容、氫氣罐以及功率變換裝置等。本文在各元件模型的基礎(chǔ)上搭建了混合發(fā)電系統(tǒng)的仿真平臺(tái)，基于光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理以及設(shè)計(jì)要求，對(duì)本文所研究的光伏燃料電池混合發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的容量匹配設(shè)計(jì)，并根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行要求對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了能量管理研究。完成的主要工

5、作包括：
　　 (1)介紹了光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理、設(shè)計(jì)依據(jù)以及設(shè)計(jì)要求，并根據(jù)這些內(nèi)容對(duì)本文研究的光伏燃料電池混合發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的容量匹配設(shè)計(jì)。
　　 (2)建立了混合發(fā)電系統(tǒng)的模型。深入研究了系統(tǒng)中各個(gè)組成單元的工作機(jī)理，在Matlab/simulink仿真環(huán)境中，采用模塊化的建模方法，對(duì)系統(tǒng)中各個(gè)單元分別建模，其中包括光伏電池、質(zhì)子交換膜燃料電池、質(zhì)子交換膜水電解槽、超級(jí)電容、微型燃?xì)廨啓C(jī)以及功率變換裝置等，并

6、對(duì)每個(gè)單元模型進(jìn)行了特性分析。此外，還將每個(gè)分布式電源與各種電力電子器件結(jié)合組成單個(gè)發(fā)電系統(tǒng)，并對(duì)其進(jìn)行了仿真分析。
　　 (3)分析了光伏陣列的最大功率跟蹤控制策略，并在Matlab/simulink仿真環(huán)境中實(shí)現(xiàn)了基于擾動(dòng)觀察法和增量電導(dǎo)法的最大功率跟蹤控制算法，最后比較分析了這兩種最大功率跟蹤控制算法的優(yōu)劣性。
　　 (4)對(duì)光伏燃料電池混合發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行了能量管理研究。提出了一種基于時(shí)域分層的能量管理策略。此能量管