燃料電池發(fā)電系統(tǒng)功率變換及能量管理.pdf

1、燃料電池發(fā)電是21世紀重要的分布式新能源發(fā)電方式之一。燃料電池發(fā)電系統(tǒng)由于具有功率密度大、效率高、噪音低、環(huán)保、適應性強，不受地域、氣候限制等特點，在一些需要高功率密度和高效率電源的領域，如交通、通信、計算機網絡、航空航天、國防等，有著良好的應用發(fā)展前景。
　　 本文主要針對以下三項研究內容展開：1.燃料電池發(fā)電系統(tǒng)結構和高效功率變換的研究；2.負載動態(tài)特性匹配的能量管理技術；3.孤島檢測和保護技術。
　　 在本文的第一

2、章中，介紹了燃料電池的基本工作原理、類型、發(fā)展和一些典型的應用；對典型的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)結構作了回顧，介紹了一些典型的電路拓撲結構；對用于保護燃料電池工作壽命，提高燃料利用率的能量管理技術研究現(xiàn)狀進行了小結；介紹了現(xiàn)有的一些孤島檢測方法。
　　 高效的功率變換技術是提高燃料電池容量利用率，降低整個燃料電池發(fā)電系統(tǒng)成本的關鍵。本文的第二章從燃料電池的靜態(tài)和動態(tài)輸出特性測試出發(fā)，根據(jù)系統(tǒng)要求，設計了應用于燃料電池并網發(fā)電系統(tǒng)的兩個隔

3、離型軟開關前級DC/DC變換器，分別為采用逆阻型IGBT的電流型全橋ZCS-DC/DC變換器和采用MOSFET的電壓型全橋ZVS-DC/DC變換器。以兩個變換器的設計作為具體實例，從功率開關應力、輸入電流紋波、變換效率和動態(tài)特性等幾個方面對兩個交換器設計做了對比，通過仿真或實驗對分析進行了驗證。然后綜合比較結果確定了更適合應用于本燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的結構。
　　 能量管理技術的主要功能是在系統(tǒng)負載變化時，提供負載功率中的高頻分量，

4、保障燃料電池的工作安全。本文的第三章從超級電容的儲能利用率和對負載功率沖擊抑制兩方面出發(fā)，對比了燃料電池發(fā)電系統(tǒng)能量管理單元中不同儲能元件的接入方式。通過對燃料電池動態(tài)特性的測試得到了能量管理的設計指標，分析和設計了燃料電池發(fā)電系統(tǒng)中的能量管理單元，包括控制環(huán)路的建模、控制器和濾波器的設計、超級電容的選擇設計和能量管理算法的設計。通過仿真和實驗結果對前面的分析和設計進行了驗證。
　　 非檢測區(qū)(Non-DetectionZone

5、NDZ)是衡量和比較孤島檢測方法有效性的重要指標，因并網控制模式的不同，同樣的孤島檢測方法所對應的非檢測區(qū)存在差異。本文第四章基于分布式發(fā)電裝置中常用的恒流并網控制模式，分析了兩種最常用孤島檢測保護方法，高/低電壓檢測(OVP/UVP)和高/低頻率檢測(OFP/UFP)的NDZ特性，通過電路求解的方式獲得NDZ邊界描述方程，最后通過仿真結果進行了驗證。本章還對基于頻率檢測的有源孤島檢測方法AFD方法進行了分析，針對AFD方法的NDZ難以