熔融碳酸盐燃料电池－燃气轮机混合动力系统特性分析

文中研究了由熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)和燃气轮机组成的混合动力系统。在设计点工况下，MCFC电堆的发电量占系统总发电量的80％，剩下20%的电量由燃气轮机提供。文章在混合动力系统动态数学模型的基础上，结合系统运行的具体过程，通过计算分析，对混合动力系统的动态特性进行了研究。结果表明：当混合动力系统的供给燃料流量变化时，混合动力系统内部各参数均会发生显著的动态变化，从而影响混合动力系统中各部件的运行性能，导致混合动力系统的效率下降。此外，由于各部件之间复杂的相互作用，混合动力系统的负荷响应速度较慢。研究结果还表明，由于供给燃料发生变化而引起的燃气轮机转速的改变，有利于改善混合动力系统的变工况性能。     

混合动力系统的控制系统设计与仿真

设计了一种新颖的质子交换膜燃料电池/蓄电池的混合动力模型,该混合动力模型以锂电池为主,燃料电池为辅。该系统可以实时监测负载电流,假设并实现了在负载电流不大于10 A时,由锂电池单独工作;当负载电流大于10 A时,燃料电池和锂电池共同工作,提供功率。在Simulink平台上建模并验证了所设计的混合动力系统的能量管理策略的可行性。     

燃料电池汽车混合动力系统怠速启停控制研究

车用质子交换膜燃料电池在怠速工况下的启动停机过程是影响燃料电池寿命及制约其商业化应用的主要技术难题.结合现有文献及实验研究对某燃料电池汽车混合动力系统,分析了怠速控制要求,提出适用于燃料电池汽车混合动力系统的怠速启停控制策略,描述了燃料电池系统在控制过程的工作流程,并在Matlab/Simulink的Stateflow...     

基于ADVISOR的燃料电池混合动力机车建模与仿真

以实验室正在研制的燃料电池混合动力机车作为研究对象,基于ADVISOR平台搭建了燃料电池/锂电池混合动力机车仿真模型,主要包括燃料电池电堆模型、蓄电池模型、牵引电机模型和机车整车模型等,针对具体的行驶工况,在考虑再生能量回收的前提下提出了基于改进功率跟随控制的能量管理策略,仿真结果表明该控制策略能使燃料电池基本按平均功率输出,蓄电池SOC能维持在为稳定的范围以内,机车动力系统也能够很好地满足机车功率需求,机车动力性能良好。     

动态转矩协调的ISG混合动力系统控制策略

以混合动力系统(integrated starter/generator,ISG)为研究对象,在转矩控制策略的基础上设计了一种ISG混合动力系统动态转矩协调控制策略。采用MATLAB/SIMULINK/STATEFLOW混合建模方法建立了前向式ISG混合动力系统仿真模型,并在NEDC工况下针对实例ISG混合动力汽车进行仿真分析。仿真结果表明:与转矩控制策略相比,采用动态转矩协调控制策略能够使整车实际转矩较好地跟随需求转矩,同时有效控制状态切换过程中的实际输出转矩突变和波动,从而验证了ISG混合动力系统动态转矩协调控制策略的有效性,为研究混合动力汽车多能源控制提供一种新方法。     

燃料电池电动汽车能量管理系统最优控制策略研究

燃料电池电动汽车复杂多变的行驶工况下极易产生大电流脉冲,负载的变化给燃料电池带来极大的影响。针对燃料电池低电压、大电流的输出特性,在燃料电池电动汽车动力系统结构基础上,采用动态规划算法来管理能量的最优分配,在MATLAB/Simulink建模仿真平台搭建完整的能量管理策略模型,并在WLTC循环工况进行仿真试验,结果表明,采用动态规划算法能够延缓燃料的过度消耗,在动力电池SOC由45.6%回升到48.3%阶段,燃料电池能够稳定地输出能量,并且不断优化整车的能量分配。     

基于DHP方法的PEM燃料电池优化控制器设计

质子交换膜燃料电池(PEMFC)系统具有明显的非线性和时变的特质,因此质子交换膜燃料电池的建模和优化控制问题是研究的重点。通过建立单体质子交换膜燃料电池的近似线性动态模型,并在此模型基础上,设计了基于双启发式动态规划(DHP)的质子交换膜燃料电池神经网络优化控制器。仿真结果表明,此近似线性模型有效地简化了非线性和时变的特质,在此模型基础上所设计的神经网络控制器具有更好的控制效果和控制精度。     

一种人工神经网络算法在燃料电池中的应用

提出一种基于人工神经网络的燃料电池混合动力系统。该系统采用两级循环控制,第一级采用神经网络控制,以实现能量跟踪的最大化,在不同的日光、温度和负载条件下提取最大的可利用能量;第二级采用实时/反应能量控制器,通过控制进入燃料电池堆的燃料,同时发送控制信号到能量条件子系统,以满足系统对反应能量的需求。通过时域仿真可知,该系统对混合动力系统稳定有效。     

燃料电池/锂电池混合动力控制系统设计

针对燃料电池动态响应上的不足,在原有峰值电流模式PWM开关电源系统基础上,设计了一套新型的质子交换膜燃料电池/锂电池混合动力控制系统,并在Simulink仿真平台上,建立了控制系统的仿真模型.为了改善燃料电池输出电流纹波和延长燃料电池使用寿命,采用两相交错并联BUCK变换器结构,详细分析了控制系统的工作原理和控制方法.仿真验证了所设计的混合动力能量管理控制系统在脉冲功率需求下控制策略的有效性.     

燃料电池汽车能量管理策略综述

能量管理策略(EMS)对解决车辆行驶在不同工况下的能量分配问题具有重要作用。从燃料电池汽车(FEV)能量管理系统的燃料电池特性、组成和能量管理关键技术等方面,介绍以质子交换膜燃料电池(PEMFC)为主要动力源、锂离子电池和超级电容器作为辅助动力源的混合动力系统的EMS研究,并尝试探寻使能量分配达到最优的能量管理系统。当前EMS仍存在控制精度优化的问题,未来EMS将以智能优化算法为导向,进一步提升控制精度。     

Power and energy management of grid/PEMFC/battery/supercapacitor hybrid power sources for UPS applications

This paper presents a hybrid power and energy source supplied by a proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) as the main power source in an uninterruptible power supply (UPS) system. To prevent the PEMFC from fuel starvation and degradation and realize their seamless linking in the hybrid UPS system, the power and energy are balanced by the battery and/or supercapacitor (SC) as two alternative auxiliary power sources. Based on the modeling and sizing of hybrid power and energy components, the power and energy management strategies and efficiency measurements of four operating modes in UPS system are proposed. To evaluate the proposed strategies, an experimental setup is implemented by a data acquisition system, a PEMFC generating system, and a UPS system including AC/DC rectifier, DC/AC inverter, DC/DC converter, AC/DC recharger and its intelligent control unit. Experimental results with the characteristics of a 300 W self-humidified air-breathing of PEMFC, 3-cell 12 V/5 Ah of batteries, and two 16-cell 120 F/2.7 V of SCs in parallel corroborate the excellent management strategies in the four operating modes of UPS system, which provides the basis for the optimal design of the UPS system with hybrid PEMFC/battery/SC power sources.     

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。     

Comparative evaluation of different power management strategies of a stand-alone PV/Wind/PEMFC hybrid power system

This study presents different power management strategies of a stand-alone hybrid power system. The system consists of three power generation systems, photovoltaic (PV) panels, a wind turbine and a proton exchange membrane fuel cell (PEMFC). PV and wind turbine is the main supply for the system, and the fuel cell performs as a backup power source. Therefore, continuous energy supply needs energy storing devices. In this proposed hybrid system, gel batteries are used. The state of charge (SOC), charge-discharge currents are affecting the battery energy efficiency. In this study, the battery energy efficiency is evaluated with three different power management strategies. The control algorithm is using Matlab-Simulink®.     

Optimal controllers designs for automatic reactive power control in an isolated wind-diesel hybrid power system

The paper presents the bacterial foraging optimization algorithm (BFOA) and particle swarm optimization (PSO) algorithm based robust controllers for voltage deviations due to the variation of reactive power in an isolated wind-diesel hybrid power system. The isolated wind-diesel system consists of wind energy conversion system (WECS) utilizing a permanent magnet induction generator (PMIG). Further, a synchronous generator (SG) is used with the diesel engine set for power generation. The mismatch between generated and consumed reactive power in the system causes voltage fluctuations, which will occur at generator terminals. These oscillations further causes reduction in the stability and quality of the power supply. The static synchronous compensator (STATCOM) and an automatic voltage regulator (AVR) are used to suppress voltage fluctuations in an isolated wind-diesel hybrid power system. The STATCOM is used as a reactive power compensator and the AVR is used to keep the terminal voltage constant for the synchronous generator. Both STATCOM and AVR are having proportional and integral (PI) controllers with single input. In modeling for the system, a normalized co-prime factorization is applied to show the possible unstructured uncertainties in the power system such as variation of system parameters and generating and loading conditions. The performance and robust stability conditions of the control system are formulated as the optimization problem, which is based on the Hα loop shaping. BFOA and PSO algorithms are implemented to solve this optimization problem and to achieve PI control parameters of STATCOM and AVR simultaneously. In order to show the efficiency of the proposed controllers, the performance of the proposed controllers is compared with the performance of the conventional controller and genetic algorithm (GA) based PI controllers for the same wind-diesel system. The dynamic responses of the system for four different small-disturbance case studies has been carried out in MATLAB environment.     

计及多堆燃料电池效率特性的氢储混合系统协调优化控制方法

针对传统多堆燃料电池的控制方法难以解决系统全功率范围高效运行与暂态电压稳定的问题,提出了一种计及多堆燃料电池效率特性的氢储混合系统协调优化控制方法,分为系统优化分配层与装备协调控制层。在系统优化分配层,提出了一种优化分配与轻载运行策略,以多堆燃料电池系统的效率最优为目标求解全功率映射集合,实现多堆燃料电池功率的优化分配,并避免燃料电池运行于轻载区间;在装备协调控制层,提出了一种燃料电池和电池组暂态功率快速平衡控制与稳态能量互补方法,实现两者之间暂、稳态的能量互补,抑制系统直流母线电压波动,提高系统的运行稳定性。基于Simulink平台进行算例分析,结果验证了所提协调优化控制方法的可行性与正确性。     

混合储能系统在独立光伏发电系统功率平衡中的应用

提出了将能量密度大、环境友好的磷酸铁锂电池和功率密度高、循环使用寿命长的超级电容组合,构成混合储能系统应用于独立光伏发电系统。以优化系统可靠性及运行状态为目标,设计了控制结构和控制方式。对系统进行仿真分析,结果表明,在光伏电池输出功率存在波动且负载发生脉动的情况下,储能系统能迅速平衡系统瞬时功率,维持系统可靠运行。     

面向控制的质子交换膜燃料电池机理建模及仿真

系统建模是控制系统设计的基础,建立了用于控制系统设计的质子交换膜燃料电池(PEMFC)集总参数动态模型。从质量守恒和能量守恒角度进行PEMFC机理建模。模型分为8个子模型,即风机动态模型、供应管腔动态模型、空气冷却和加湿器静态模型、阴极动态模型、回流管腔动态模型、阳极动态模型、质子交换膜中水传输模型以及电化学电压模型。通过Matlab/Simulink软件仿真分析,表明所建立的模型能模拟出PEM-FC内的压力、电压、温度以及能量的动态特性,为进一步的控制系统设计奠定了基础。     

10kW PEMFC动态系统建模与控制

以质子交换膜燃料电池(PEMFC)动态系统为研究对象。首先将质子交换膜燃料电池划分为氢气动态模型、空气动态模型、电化学电压模型和温度动态模型四部分建模;其次根据系统运行要求设计控制策略:氧气化学计量比前馈控制,阴极和阳极压力差PID控制和温度滑模控制;最后应用所建立的模型和控制策略对10 kW质子交换膜燃料电池进行仿真运行分析,结果证明所设计的系统能模拟PEMFC动态系统运行。     

基于能量流图的电力电子系统可视化设计与分析

电力电子系统通过功率半导体器件的开关控制来实现电磁能量的高效变换,提高系统的变换能力和可靠性是其终极目标。尝试以系统中的能量及能量流为状态变量进行建模,建立变换系统的能流模型,可视化并直观地描述电力电子变换系统电磁能量的分布和传递情况。以较复杂的多端口组合式电力电子变换器为例,建立"能流"的基本概念,设计构建能流图拓扑并给出可视化设计方法,结合科学计算可视化技术设计静态和动态界面,构建了一种基于能量流图分析方法的电力电子变换器系统设计和分析平台。仿真和实验结果表明,能量流图分析方法能有效地表征电力电子系统大时间尺度的换流过程。     

光氢混合发电系统功率协调控制

结合绿色、高效的氢储能方式,提出了光氢混合发电系统功率协调控制策略。氢储能主要包括电解槽、储氢罐和质子交换膜燃料电池,考虑到实际燃料电池和电解槽自身动态响应速度慢的特性,采用功率密度高、暂态性能好的超级电容器来弥补氢储能装置动态响应过程中的不平衡功率。光伏、超级电容器及氢储能各单元通过DC/DC变换器及功率协调控制策略,汇集与分配电能到直流母线,利用DC/AC并网逆变器接入交流系统。通过算例仿真分析,验证了所提协调控制的正确性和有效性。