燃料电池分布式发电系统的并网控制

摘要

世界能源的危机和环境的恶化促使开发利用可再生能源和各种绿色能源以及实现可持续发展成为人类当前的首要任务。目前许多能源、电力专家公认大电网与分布式发电相结合是节省投资、降低耗能、提高系统安全性和灵活性的主要方法。燃料电池分布式发电系统具有广泛的应用前景,如何实现其并网控制目前是一个热门的课题。
　　 燃料电池分为很多种,质子交换膜燃料电池以其工作温度低、启动速度快、高能量比和高功率比等特点,广泛应用于分布式发电系统中。本文首先对质子交换膜燃料电池进行建模,根据其堆栈电压特性、气体动态方程、动态特性等建立半经验模型。根据对PEMFC燃料电池并网发电系统主电路的分析研究,将其并网发电系统根据变换出的电流是否随时间变化分为了直流、交流两部分研究。
　　 直流侧包括了PEMFC燃料电池和DC/DC直流变换器。本文根据BOOST电路的工作原理、统一电路模型、模型参数推导出其传递函数,提出直流侧整体控制和单个控制两种控制思路。控制器参数整定方法采用基于内模控制的PID整定方法,分别对两种控制结构的控制器参数进行整定,并通过在MATLAB/Simlink平台上进行了仿真对比。
　　 交流侧包括了并网逆变DC/AC变换器接配电网。逆变后输出电压与电网相位与频率是否一致直接关系到分布时发电系统能否并网。本文通过对逆变器两种控制方法仿真比较取得最优的一种,并设计出一种具有自动跟踪相位、响应灵敏、精确控制的方法;结合逆变控制结构思路,通过在MATLAB/Simlink平台上仿真分析,得出波形最佳控制器参数,完成并网。