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、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、航空航天、國防等，有著良好的應(yīng)用發(fā)展前景。
　　 本文主要針對以下三項研究內(nèi)容展開：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)載動態(tài)特性匹配的能量管理技術(shù)；3.孤島檢測和保護(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)和動態(tài)輸出特性測試出發(fā)，根據(jù)系統(tǒng)要求，設(shè)計了應(yīng)用于燃料電池并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的兩個隔

3、離型軟開關(guān)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(shè)計作為具體實(shí)例，從功率開關(guān)應(yīng)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(shè)計做了對比，通過仿真或?qū)嶒瀸Ψ治鲞M(jìn)行了驗證。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，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電容的儲能利用率和對負(fù)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(shè)計指標(biāo)，分析和設(shè)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(shè)計、超級電容的選擇設(shè)計和能量管理算法的設(shè)計。通過仿真和實(shí)驗結(jié)果對前面的分析和設(shè)計進(jìn)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(biāo)，因并網(wǎng)控制模式的不同，同樣的孤島檢測方法所對應(yīng)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(wǎng)控制模式，分析了兩種最常用孤島檢測保護(hù)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(jié)果進(jìn)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(jìn)行了分析，針對AFD方法的NDZ難以