考虑电池利用率的燃料电池控制策略

电池利用率作为燃料电池系统控制器设计中的关键因素,它的取值决定了燃料电池是否能够安全、高效地运行。在充分考虑合理的电池利用率取值区间以及固体氧化物燃料电池(Solid Ox-ide Fuel Cell,SOFC)发电系统的动态模型之后,提出了针对燃料处理单元与直流变换器的控制策略,使得即使负载发生突变,也能保证电池利用率在限定的范围内,并表现出良好的负荷跟踪特性。基于SOFC并网的前级直流系统仿真,验证了文中控制方法的正确性与有效性。     

燃料电池发电系统的机电动态模型

随着燃料电池在电力系统中的装机容量日益增大,包含燃料电池（fuel cell,FC）分布式电源的配电网综合负荷建模成为研究热点,阐述了燃料电池的仿真数学模型,并采用适合燃料电池并网的滞环电流控制策略,构建了基于Matlab／Simulink仿真平台的FC发电系统。通过对FC发电系统的稳态和动态运行特性的仿真分析,提出了FC的2阶动态微分方程的等效描述模型。通过对不同扰动强度下的仿真建模比较分析,对该等效描述模型的有效性、泛化能力和参数的稳定性进行了验证。     

熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)发电系统进展

燃料电池 ,尤其是熔融碳酸盐燃料电池是 2 1世纪最有希望的发电技术。在简要叙述了熔融碳酸盐燃料电池发电系统的发电原理后 ,从以下方面对系统的开发进行了论述 :单体元件 (电极和电解质 )性能的提高 ,燃料的处理 ,余热利用 ,电力调节和并网 ,电池参数 (工作压力、温度、反应气体的组成和利用率、燃料气体湿度 )的控制与优化。介绍了熔融碳酸盐燃料电池发电系统的国内外研究现状 ,给出了天然气外部重整型和内部重整型燃料电池的循环模型。指出熔融碳酸盐燃料电池系统开发面临的主要课题 :延长寿命、降低成本、系统小型化、改善电能质量等 ,给出一种多段熔融碳酸盐燃料电池系统模型     

面向负荷的光伏电池和燃料电池建模及其等效描述

为研究光伏电池(photovoltaic cell,PV)和燃料电池(fuel cell,FC)对配网侧综合负荷特性的影响,构建了PV和FC发电系统并研究了各功能模块的模型和并网控制策略;通过分析PV和FC的稳态特性和并网控制外特性,提出了PV和FC发电系统恒功率控制的电压源等效描述模型。实例仿真结果表明,恒功率控制的电压源能等效描述PV和FC发电系统的拟负荷外特性。基于此,提出了感应电动机并联静态负荷和直流分布式电源的广义综合负荷模型结构。     

6kW PEMFC发电并网系统孤岛检测方法

随着燃料电池技术的迅速发展,越来越多的大功率级别燃料电池运用到分布式发电中。为了使燃料电池安全稳定运行,燃料电池分布式发电需要准确的检测出孤岛效应。运用主动移频式(AFD)孤岛检测方法对质子交换膜燃料电池(PEMFC)发电并网系统进行了检测,实验结果表明AFD法能有效的检测PEMFC发电并网系统孤岛的发生。     

微型燃料电池技术和标准化现状

燃料电池(FC)是将外部供应的燃料和氧化剂中的化学能通过电化学反应直接转化为电能、热能和其它反应产物的发电装置。微型燃料电池(MFCs)是指小型、低压、小功率的燃料电池,通常被定义为几瓦功率的燃料电池。     

氢能离我们还有多远--我国燃料电池现状、差距及对策

叙述了我国质子交换膜燃料电池(PEMFC)、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)和固体氧化物燃料电池(SOFC)的研究与开发现状,特别指出在性能指标、稳定性、燃料电池系统水平和燃料电池示范深度和广度等方面我国燃料电池和国外的差距。认为根据我国的具体情况,燃料电池公共汽车和大客车将会比燃料电池轿车先得到商业化应用,因此,应加大对其投资力度。提出发展我国燃料电池的对策,建议:(1)根据国情确定研制FC的方向,我国继续以PEMFC和SOFC为重点研究开发对象,其中以PEMFC为重点,中、低温SOFC也要抓紧;(2)加强应用技术基础研究,争取在燃料电池方面有原始创新;(3)加速燃料电池实用化示范工作;(4)走引进、开发并举的道路。     

燃料电池汽车基本技术及发展综述

燃料电池（FC）是将燃料中的化学能转换成电能的发电装置,它具有高效、清洁的特点,目前已经成为电力能源领域的研究热点,其中装备燃料电池的电动汽车是其主要的研究和应用对象。简介了燃料电池的能量转换电化学过程,归纳了燃料电池汽车（FCV）的结构和工作原理,并指出燃料电池汽车具有效率高、续驶里程长、绿色环保、低噪声的优点。基于现有研究,提出了燃料电池汽车整车总体设计、动力系统参数匹配、电机的控制技术、整车通信网络技术、增湿系统、车载供氢系统等的具体实现方案,分析了国内外燃料电池汽车研究和应用领域的现状,指出了我国燃料电池汽车存在的系列问题。未来燃料电池汽车技术将向FC模块化、动力系统混合化、燃料电池汽车产业联盟化的方向发展,以符合重点发展客车和专用车,降低成本和完善配套设施等应用需求。     

燃料电池并网控制策略研究

针对传统的燃料电池并网控制方法对改善系统动态性能的不足之处,建立PEMFC（Proton Exchange Membrane Fuel Cell）燃料电池发电系统中DC/DC升压变换器和逆变器的模型。提出了燃料电池系统并网的控制策略,利用内外双闭环控制方法,使得逆变器输出达到系统要求。建立了仿真系统的模型,并给出了燃料电池节点在网络方程中的处理方法。对系统三相短路故障、电压跌落、负荷突变等情况进行了数值仿真,结果表明所提出的燃料电池并网控制策略在三相短路故障、电压跌落、负荷突变等情况下,能够使得含燃料电池的系统稳定运行,并能动态跟踪系统的功率输出情况。     

磷酸燃料电池(PAFC)电站技术的发展、现状和展望

近年来全世界都面临着能源问题和环境问题.燃料电池由于其燃料利用率高、对环境污染小的特点,成为理想的清洁、高效发电方式.磷酸燃料电池(PAFC)发电技术,在目前燃料电池电站中技术最成熟,发展最快.文中报道国外磷酸燃料电池(PAFC)电站技术的发展、现状和展望.     

基于电—氢混合储能的风氢耦合系统建模与控制

为改善高比例联网风电的反调峰、不可控等冲击电网的不利特性,提出了一种基于电—氢混合储能的风氢耦合系统控制策略。建立直驱永磁风电机组、电解槽、燃料电池及超级电容器数学模型,研究耦合在直流母线的电解槽、燃料电池、超级电容器与直驱永磁风电机组之间的量化关系,设计风氢耦合系统的上层控制策略,并进行分析与研究。PSCAD/EMTDC中的仿真结果表明:通过超级电容器、电解槽与燃料电池的协调配合,超级电容器完全可以弥补电解槽与燃料电池响应延迟功率,同时实现风氢耦合系统出力可控、功率外特性友好,有效验证了本文所建立各设备数学模型的准确性及设计控制策略的有效性。     

PEMFC并网发电系统建模与优化控制

结合质子交换膜燃料电池（proton exchange membrane fuel cell,PEMFC）电化学特性、气体流量特性及温度特性,考虑FC模块的效率及寿命,建立基于PSCAD/EMTDC的PEMFC发电系统自定义动态模型,提出PEMFC组中FC模块运行优化算法及其并网控制策略。FC模块运行优化利用先进先出算法,实现FC模块等时运行,DC/DC变换部分采用Boost电路电压外环、电流内环的双环控制,实现DC电压平稳输出,DC/AC并网逆变器采用功率外环、电流内环的双环控制的定功率控制策略,实现系统友好同步并网。通过PSCAD/EMTDC软件平台,仿真验证了所提系统的正确性和有效性。     

Design and implementation of partial feedback linearizing controller for grid-connected fuel cell systems

This paper presents an approach to design a nonlinear controller for grid-connected fuel cell (FC) systems in order to provide ancillary services to low or medium voltage power networks. In this paper, these ancillary services mainly refer to the delivery of both active and reactive power from the FC to the grid under different operating conditions. The controller is designed based on the dynamical model of a proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) which is developed from the electrical equivalent circuit of a grid-connected PEMFC through a voltage source converter (VSC). Partial feedback linearization technique is then employed to obtain the control laws with an aim of regulating respective currents related to both active and reactive power through the switching action of VSCs. The stability of the internal dynamics of the PEMFC system is also analyzed in this paper as the proposed control scheme cannot be implemented for unstable internal dynamics. A rate limiter is used with the proposed partial feedback linearizing controller to ensure the suitability under the worst-case conditions as well as to prevent the over-modulation in the rate of change of power references. The applicability and performance of the proposed controller is justified on a simple system as well as on a 12-bus balanced test distribution system and the CIGRE low voltage test distribution network under different grid events. The simulation results show the superiority of the proposed controller as compared to the vector controller.     

基于SVPWM的光伏无功控制研究

针对光伏并网发电过程中无功功率的补偿问题,以光伏并网逆变器主电路结构为基础,提出了一种基于空间电压矢量脉冲调制法的能同时实现并网发电和无功补偿的控制方法。分析了无功补偿控制原理与双向PWM逆变器的空间矢量算法,充分发挥空间电压矢量脉冲调制法电压利用率高、动态响应快的优点,使光伏并网发电系统既可与电网之间进行能量的双向流动,又能提供电网所需的无功功率,最后通过实验验证所述控制策略的有效性。     

传统变电站接入燃料电池发电系统的动态特性

随着电力市场的发展和各界对能源问题的日益关注,大电网与分布式电源相结合的方式愈受青睐。探讨将燃料电池发电系统接入传统电力变电站后的动态特性,在燃料电池发电原理和详细数学模型的基础上,仿真比较了不同容量燃料电池发电系统的动态性能,及其对配电系统的影响;并分析了燃料电池对变电站负荷波动的响应,测试出它在提高电力系统的负荷跟踪运行能力、减小系统旋转储备和增强系统稳定性等多方面的优点。     

模型预测控制在超超临界机组AGC协调控制和主汽温控制中的应用

在介绍模型预测控制（MPC）的基础上,提出了基于MPC的协调控制与主蒸汽温度控制方案,并应用于两台660MW超超临界燃煤发电机组。MPC控制效果与原PID控制效果的对比表明,采用MPC控制,负荷控制精度提高,主蒸汽压力偏差减小,变负荷速率提升,最大发电功率增加。该MPC系统已成功运行10个月,机组的电网两个细则考核指标得到很大提高,K_p值从1.5分别提升到2.8和3.5,排名从当地电网中间升为电网第二。     

需求响应下基于自抗扰的抽水蓄能与电化学储能联合参与电网负荷调频研究

为应对大规模可再生能源接入电网带来的随机性和波动性挑战,确保可再生能源利用的灵活性,在实际电网运行中加入合理的储能设备成为目前研究的热点。针对电化学储能参与含抽水蓄能电站的互联电网调频问题,提出一种基于线性自抗扰技术的抽/储联合负荷频率控制(LFC)策略。在建立了考虑调速器死区和发电速度限制等非线性条件的抽/储联合LFC模型的基础上比较不同控制器性能,采用所设计的二阶线性自抗扰控制器(LADRC),凭借其优良控制性能并引入需求响应(DR)参与调频。仿真验证在抽水蓄能中加入电化学储能后系统具有更强的抗干扰性,对平抑电网频率波动具有良好的动态响应。     

基于虚拟同步发电机控制的光/储/燃料电池微电网能量管理

为提高微电网自主参与电网运行和管理的能力,提出一种基于虚拟同步发电机(VSG)控制的光/储/燃料电池微电网。针对逆变器VSG控制与前级分布式电源及附加储能单元的协调配合问题,以储能荷电状态(SOC)为依据,分别设计了光伏和燃料电池VSG的能量管理策略,使微电网响应电网需求参与一次调频且提供惯性的同时,实现了光伏发电的最大功率输出、燃料电池发电的燃料平衡调节以及储能单元SOC的安全可控。最后,利用MATLAB/Simulink软件搭建仿真模型,验证了所提能量管理方案能够实现VSG控制与分布式电源及储能的协调配合,在并/离网下都能保证微电网安全可靠运行。