燃料电池集成供电系统的能量管理策略*

针对燃料电池挂网运行时动态响应慢、输出电压随功率增大而快速下降、冷启动困难等缺点,提出一种基于燃料电池功率软特性的能量管理策略,有效解决了燃料电池功率特性软的问题,实现了系统功率的合理优化分配.建立了燃料电池集成供电系统的试验平台,试验结果验证了能量管理策略的有效性.     

燃料电池与21世纪供电系统的革命

本文介绍了燃料电池的工作原理，特点及在供电系统中的典型应用。     

构网型光储混合供电系统及其协调控制策略

提出并研究了一种用于独立构网的光储混合供电系统及其不同介质储能的协调控制方法。独立构网型光储混合供电系统由光伏发电回路、蓄电池充放电回路、超级电容器充放电回路共同组成,光伏发电回路为负载提供能量,多余或不足的能量由蓄电池和超级电容器进行动态调节。分析并给出了构网型光储混合供电系统能量管理核心控制算法,使得系统可根据光伏电池和蓄电池的工作状态,自动控制光伏逆变器和储能双向变换器工作模式,确保光伏阵列和蓄电池、超级电容器协调工作,实现独立供电系统高效稳定运行及快速的动态响应。最后通过系统仿真和样机实验验证了混合系统协调控制方法及系统能量管理控制策略的有效性。     

燃料电池供电系统用新型升压变换器的研究

提出了一种新颖的适用于燃料电池供电系统的升压变换器——开关电容交错并联高增益Boost变换器,并对其工作原理进行了详细分析,给出了控制框图。与传统两相交错并联Boost变换器相比,新拓扑结构不仅输入电流纹波减小,而且在相同的占空比下实现了更高的电压增益,开关器件的电压应力得以减小。因此,新拓扑结构非常适合应用于低压输入、高压输出的场合,如燃料电池供电等系统。最后,进行了动态仿真和分析,验证了理论分析的正确性。     

MMC-HVDC孤岛供电系统直流故障穿越协调控制策略

针对基于架空线输电的MMC-HVDC孤岛供电系统直流线路故障率较高的问题,配置直流断路器隔离故障是有效的解决方案之一.综合考虑了双极换流站灵活的运行方式、直流断路器的故障清除能力和双馈风机的快速响应能力,提出一种适用于MMC-HVDC孤岛供电系统的直流故障穿越协调控制策略,实现了自平衡和非自平衡工况下的功率协调.自平衡...     

日本企业联合开发家用燃料电池独立供电系统

据日本媒体报道,松下电器、三洋电机、大成建设等27家从事燃料电池研究开发的企业最近决定联手开发燃料电池独立供电网络。一般来讲,家庭燃料电池系统如果投入实用(预计2005年投入实用),通常只需要一个燃料电池既可满足一个家庭的用电,也就是说在正常情况下无需从电力公司买电既可满足家庭需要,但如果燃料电池出现故障或在同一时段出现大容量用电需要,那么一个燃料电池就无法满足。为此在家用燃料电池投入实用的初期价段还需要与电力公司的输电线路连接,以备不测。市场分析家指出,上述的各企业将要联合研究开发的是采用独立的输电线路将家用…     

燃料电池供电系统中变换器应用

介绍目前用于燃料电池供电系统的DC/DC、DC/AC的电路拓扑以及它们之间的连接。     

柔性中压直流铁路牵引供电系统分布式协调控制策略

柔性中压直流铁路牵引供电系统可缓解传统工频单相交流25 kV铁路牵引供电系统存在的电能质量问题并取消电分相。针对柔性中压直流铁路牵引供电系统中并联牵引变电所的协调控制问题,提出了一种分布式协调控制策略。该控制策略由两级控制组成,牵引变电所的一级控制通过下垂控制实现负载功率的一次分配。二级控制与相邻牵引变电所进行信息交互,利用有限时间一致性算法,实现各牵引变电所输出电压平均值二次调节。该控制策略在维持牵引网直流电压稳定的同时,实现负载功率的就近分配,减小了系统供电损耗。当某牵引变电所超负荷或故障退出时,可由距其最近的牵引变电所补充出力,避免供电中断事故,提升了牵引供电系统的供电可靠性。进一步地,建立详细的柔性中压直流铁路牵引供电系统仿真模型,模拟真实的机车运行工况,仿真结果验证了所提控制策略的有效性。     

燃料电池供电系统中的电子变换电路技术

阐述了燃料电池的功能与特点,并重点介绍了燃料电池供电系统（FcPS）各种应用中的电子变换电路技术。     

基于电压下垂特性的MMC-MTDC协调控制策略

基于模块化多电平换流器的多端高压直流输电(modular multilevel converter based multi-terminal high voltage direct current,MMC-MTDC)系统中各个换流站的控制对整个系统电压和功率的稳定是至关重要的。基于电压与功率的关系进行设计的传统下垂控制器无法实现受端换流站之间的功率分配。针对这一问题,提出了一种基于电压下垂特性的多端组网协调控制策略。对MMC型换流站数学模型进行了详细地分析并根据多端直流组网结构的特点,推导出各换流站之间电压和电流关系。基于换流站U-I特性曲线,设计了电压外环控制器,通过改变U-I特性曲线的斜率即可实现换流站之间的功率分配。在PSCAD/EMTDC仿真平台上搭建了四端模型,仿真结果显示,通过调整U-I特性曲线斜率即可实现受端换流站功率按既定要求分配,验证了该控制策略的正确性和有效性。     

适用于燃料电池混合供电系统的能量管理策略

为优化燃料电池混合供电系统的动态响应以及能量的转换效率,实现燃料电池的最优经济性,提出一种在单位运行周期内通过储能系统荷电状态以及负载变化来确定目标功率值的能量管理策略。该策略基于规则模糊逻辑理论,根据负载需求功率和超级电容荷电状态的隶属函数以及IF-THEN规则对燃料电池的功率进行分配,使得系统对负载变化进行快速响应,实现其在燃料电池和超级电容之间的合理分配。实验结果表明,所提控制策略能够展示该供电系统对负载功率的调节作用,避免储能介质在整个工作期间出现过充电或过放电现象,达到延长燃料电池使用寿命的目的,验证了能量管理策略的正确性。     

美国联合技术公司最新一代PureCell-400型磷酸燃料电池供电系统

2011年2月,美国联合技术公司(UTC)宣布最新一代固定式磷酸燃料电池PureCell-400已实地运行100 000小时,取得里程碑式的成就(图1为PureCell-400型燃料电池外型图)。PureCell-400系统由空气处理系统、供电系统、电力系统模块、热管理与水处理系统、燃料处理系统、冷却模块组成并实现远程监控。     

柔直电网自适应有功功率协调控制策略研究

不同于以往的多端柔性直流工程,柔直电网采用直流断路器对直流线路故障进行隔离,受限于目前国内高压直流断路器的研制水平,还不具备过负荷运行能力。针对直流架空线路永久故障后直流断路器过载危害设备和系统安全的问题,提出了送端换流站分别接入新能源场站和交流电网两种方式下的自适应有功功率协调控制策略,通过柔直电网RTDS实时仿真系统验证该策略的可行性和合理性,为柔直电网的远期升级改造提供技术参考。     

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。     

考虑电能管理的供电系统自治协调控制策略

直流供电系统以便于光伏发电、储能和直流负荷接入等优势成为新研究方向.针对直流供电系统中不同变换器之间的协调控制难题,提出了基于直流母线电压信息的自治协调控制策略.系统中各并网装置通过判断直流母线电压信息自适应选择控制模式并无缝切换,以保证直流母线电压稳定;采用自适应变下垂控制方法,保证微网中各并网设备输出功率均衡、合理...     

柔直电网多换流站有功功率协调控制策略研究

不同于以往的多端柔性直流工程,柔性直流电网工程送端采用交流耗能装置来解决功率盈余问题。针对柔直电网换流器故障退出导致直流电网正负极有功功率失衡的问题,提出直流电网各端换流站正负极换流器自适应有功功率控制策略。基于RTDS搭建柔直电网系统实时仿真平台,分别模拟功率送端、功率受端和调压端单换流器故障及双换流器故障。对所提出的多换流站有功功率协调控制策略进行了仿真验证,试验结果表明提出的多换流站有功功率协调控制策略正确可靠。     

直驱式风电场功率协调控制策略

针对因风速扰动、负荷变化等引起的缓慢且幅度较大的电压波动,提出了一种基于直驱式风电场的功率协调控制策略。通过调节桨距角降低有功出力,从而增加风电场无功功率的调节能力,维持风电场出口电压水平,从而预防或避免由于电压偏差较大引起风电机组进入低电压穿越模式,造成其对电网更大的冲击。仿真结果表明,上述方法能够合理协调控制风电场的有功和无功出力,有效为风电场出口电压提供无功支持,从而维持接入点电压的稳定性。     

配电网多端柔性互联协调控制策略

随着社会经济的快速发展和新型电力系统建设的加快推进,柔性互联逐渐成为配电网网架升级和灵活调控能力提升的重要技术手段。针对多端柔性互联系统的功率控制需求,提出了一种面向工程应用的功率协调控制策略,包括在部分馈线重载时合理分配功率的重载限制控制,以及在所有馈线重载时优化潮流分布的功率均衡控制。基于所提策略开发了柔性互联协调控制装置并应用于实际工程。基于电网真实数据的案例分析和工程实测数据验证了所提策略能够应对不同负荷/电源特性的配电网柔性互联场景,有效解决配电网中馈线重载和光伏倒送的问题,提高配电网的供电效率和安全性。     

复合式燃料电池供电系统

提出了一种新型的复合式燃料电池供电系统.它是由燃料电池、蓄电池、单向变换器、双向变换器和逆变器构成.根据燃料电池的特性,提出了复合式全桥三电平LLC谐振变换器和三电平Buck/Boost双向变换器分别作为系统的单向和双向变换器运用于系统中.该结构可以优化能量管理,在冷启动过程由蓄电池向负载供电,而燃料电池不供电,系统易于冷启动;在负载突变时,可由蓄电池提供或吸收动态能量,使得系统具有很好的动态特性;在过载时,燃料电池仅提供额定功率,而过载部分能量由蓄电池提供,燃料电池的功率等级只需按照系统额定功率进行配置,从而降低整个系统的成本.最后在实验室中完成了一个1kW复合式燃料电池供电系统,并对系统进行实验研究,以验证理论分析的正确性.     

可并网蓄电池供电系统与功率调节的控制集成

研究了一种蓄电池供电系统的设计方案.介绍了其整体结构工作原理、工作模式及控制约束.该设计实现了蓄电池充电、并网与功率调节一体化的控制集成.基于广义功角特性,提出了一种对逆变器输出功率进行直接控制的方法,通过三绕组变压器实现控制功率传输方向和大小.该控制规律对直流储能装置的参数具有很强的鲁棒性,因而该控制器能适应各种不同参数的蓄电池、太阳能电池板等,成为蓄电池供电系统与功率调节的独立装置.