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(jì)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(yīng)性強(qiáng)，不受地域、氣候限制等特點(diǎn)，在一些需要高功率密度和高效率電源的領(lǐng)域，如交通、通信、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、航空航天、國(guó)防等，有著良好的應(yīng)用發(fā)展前景。
　　 本文主要針對(duì)以下三項(xiàng)研究?jī)?nèi)容展開(kāi)：1.燃料電池發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和高效功率變換的研究；2.負(fù)載動(dòng)態(tài)特性匹配的能量管理技術(shù)；3.孤島檢測(cè)和保護(hù)技術(shù)。
　　 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(yīng)用；對(duì)典型的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)作了回顧，介紹了一些典型的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；對(duì)用于保護(hù)燃料電池工作壽命，提高燃料利用率的能量管理技術(shù)研究現(xiàn)狀進(jìn)行了小結(jié)；介紹了現(xiàn)有的一些孤島檢測(cè)方法。
　　 高效的功率變換技術(shù)是提高燃料電池容量利用率，降低整個(gè)燃料電池發(fā)電系統(tǒng)成本的關(guān)鍵。本文的第二章從燃料電池的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)輸出特性測(cè)試出發(fā)，根據(jù)系統(tǒng)要求，設(shè)計(jì)了應(yīng)用于燃料電池并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的兩個(gè)隔

3、離型軟開(kāi)關(guān)前級(jí)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(gè)變換器的設(shè)計(jì)作為具體實(shí)例，從功率開(kāi)關(guān)應(yīng)力、輸入電流紋波、變換效率和動(dòng)態(tài)特性等幾個(gè)方面對(duì)兩個(gè)交換器設(shè)計(jì)做了對(duì)比，通過(guò)仿真或?qū)嶒?yàn)對(duì)分析進(jìn)行了驗(yàn)證。然后綜合比較結(jié)果確定了更適合應(yīng)用于本燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。
　　 能量管理技術(shù)的主要功能是在系統(tǒng)負(fù)載變化時(shí)，提供負(fù)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(jí)電容的儲(chǔ)能利用率和對(duì)負(fù)載功率沖擊抑制兩方面出發(fā)，對(duì)比了燃料電池發(fā)電系統(tǒng)能量管理單元中不同儲(chǔ)能元件的接入方式。通過(guò)對(duì)燃料電池動(dòng)態(tài)特性的測(cè)試得到了能量管理的設(shè)計(jì)指標(biāo)，分析和設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)、超級(jí)電容的選擇設(shè)計(jì)和能量管理算法的設(shè)計(jì)。通過(guò)仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)前面的分析和設(shè)計(jì)進(jìn)行了驗(yàn)證。
　　 非檢測(cè)區(qū)(Non-DetectionZone

5、NDZ)是衡量和比較孤島檢測(cè)方法有效性的重要指標(biāo)，因并網(wǎng)控制模式的不同，同樣的孤島檢測(cè)方法所對(duì)應(yīng)的非檢測(cè)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(wǎng)控制模式，分析了兩種最常用孤島檢測(cè)保護(hù)方法，高/低電壓檢測(cè)(OVP/UVP)和高/低頻率檢測(cè)(OFP/UFP)的NDZ特性，通過(guò)電路求解的方式獲得NDZ邊界描述方程，最后通過(guò)仿真結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證。本章還對(duì)基于頻率檢測(cè)的有源孤島檢測(cè)方法AFD方法進(jìn)行了分析，針對(duì)AFD方法的NDZ難以