本文關(guān)鍵詞：基于虛擬同步發(fā)電機的質(zhì)子交換膜燃料電池發(fā)電技術(shù)研究

  更多相關(guān)文章： 質(zhì)子交換膜燃料電池 虛擬同步發(fā)電機 直流變換器

【摘要】：以燃料電池等新能源為主的分布式發(fā)電越來越得到人們的關(guān)注,其在傳統(tǒng)電網(wǎng)中所占比重也越來越大。而分布式發(fā)電系統(tǒng)中各個分布式電源都有同一輸出接口(逆變器),若將這些逆變器控制策略統(tǒng)一成具有同步發(fā)電機特性的模型,那么現(xiàn)有電力系統(tǒng)中積淀的經(jīng)驗便可直接借鑒,這一控制思想稱為虛擬同步發(fā)電機技術(shù)。本文建立了采用虛擬同步發(fā)電機技術(shù)的質(zhì)子交換膜燃料電池發(fā)電系統(tǒng),并搭建實驗平臺,驗證其在孤島模式運行和并網(wǎng)模式運行條件下系統(tǒng)的特性。本文分如下四個部分進行描述:第一個部分描述當(dāng)前電力系統(tǒng)運行的種種弊端,引出建立分布式發(fā)電系統(tǒng)是解決這些問題的方向之一;闡述燃料電池發(fā)展概況并介紹了質(zhì)子交換膜燃料電池模型的研究現(xiàn)狀;給出了目前逆變器三相全控橋式結(jié)構(gòu)和三種常用控制方法;著重分析了加入同步發(fā)電機電磁暫態(tài)過程的電壓型虛擬同步發(fā)電機等效和控制方法;提出本文需要構(gòu)建的質(zhì)子交換膜燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的技術(shù)要求。第二個部分使用半經(jīng)驗法構(gòu)建了質(zhì)子交換膜燃料電池的仿真模型,包括堆電壓模型、燃料流量模型、動態(tài)分析簡化模型及其外圍設(shè)備等效模型;給出其對應(yīng)的靜態(tài)特性曲線和動態(tài)特性曲線,并分析不同溫度下電池電壓和功率曲線。第三個部分仿照同步電機的數(shù)學(xué)模型和控制方法,構(gòu)建虛擬同步發(fā)電機的數(shù)學(xué)模型和控制方法,即建立虛擬同步發(fā)電機的電磁方程、轉(zhuǎn)子運動方程、調(diào)速器控制方法及勵磁器控制方法;引入雙PI內(nèi)環(huán)控制的方法用來更加逼近同步發(fā)電機模型,指出采用電壓環(huán)作為雙PI內(nèi)環(huán)的弊端,設(shè)計了電流作為雙PI內(nèi)環(huán)的控制方法;給出控制策略中關(guān)鍵參數(shù)的選取方法和電路里濾波參數(shù)的設(shè)計方法;給出了虛擬同步發(fā)電機控制電路設(shè)計原理圖和設(shè)計思路,包括主控板、拓展板、轉(zhuǎn)接板、驅(qū)動板、采樣板和顯示板;簡單介紹了控制軟件編程基本思想。第四個部分搭建虛擬同步發(fā)電機控制孤島模式運行和并網(wǎng)模式運行條件仿真,驗證其和同步發(fā)電機一致性;并完成了采用虛擬同步發(fā)電機的質(zhì)子交換膜燃料電池發(fā)電系統(tǒng)孤島模式和并網(wǎng)條件下的仿真,仿真結(jié)果表明,本文搭建的質(zhì)子交換膜燃料電池發(fā)電系統(tǒng)可以良好地輸出指定功率,滿足前文提出的技術(shù)要求,同時得到了虛擬同步發(fā)電機中轉(zhuǎn)子慣量有助于消除直流變流器引起的輸出電壓、電流、功率的超調(diào)的結(jié)論。
【關(guān)鍵詞】：質(zhì)子交換膜燃料電池 虛擬同步發(fā)電機 直流變換器
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TM61;TM911.4
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 緒論10-24
• 1.1 研究工作的背景與意義10-11
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-20
• 1.2.1 燃料電池技術(shù)的發(fā)展概況11-12
• 1.2.2 PEMFC模型研究現(xiàn)狀12-13
• 1.2.3 接口逆變器控制理論研究現(xiàn)狀13-20
• 1.3 燃料電池發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)20-22
• 1.4 本文的主要工作、創(chuàng)新點及結(jié)構(gòu)安排22-24
• 第二章 質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)與建模24-38
• 2.1 PEMFC的工作原理及動態(tài)特性24-26
• 2.1.1 PEMFC的工作原理24-25
• 2.1.2 PEMFC的動態(tài)特性25-26
• 2.2 PEMFC建模26-31
• 2.2.1 模型假設(shè)26
• 2.2.2 PEMFC數(shù)學(xué)模型26-31
• 2.3 PEMFC性能分析31-34
• 2.3.1 PEMFC靜態(tài)特性31-33
• 2.3.2 PEMFC動態(tài)特性33-34
• 2.4 PEMFC發(fā)電系統(tǒng)34-37
• 2.4.1 DC/DC拓撲及其控制策略35-37
• 2.4.2 逆變器拓撲37
• 2.5 本章小結(jié)37-38
• 第三章 虛擬同步發(fā)電機的原理及控制方法38-62
• 3.1 虛擬同步發(fā)電機的數(shù)學(xué)模型38-39
• 3.2 同步發(fā)電機的數(shù)學(xué)模型39-42
• 3.2.1 基本方程39-41
• 3.2.2 轉(zhuǎn)子運動方程41
• 3.2.3 電磁暫態(tài)、電磁功率和端電壓方程41-42
• 3.3 虛擬同步發(fā)電機的控制器42-51
• 3.3.1 虛擬同步發(fā)電機控制方法42
• 3.3.2 虛擬同步發(fā)電機的調(diào)速器42-44
• 3.3.3 虛擬同步發(fā)電機的勵磁控制器44-47
• 3.3.4 雙PI控制內(nèi)環(huán)47-51
• 3.4 關(guān)鍵參數(shù)的確定51-53
• 3.4.1 轉(zhuǎn)動慣量J51-52
• 3.4.2 暫態(tài)電勢 'dE和q3.4.2E?52
• 3.4.3 濾波器設(shè)計52-53
• 3.5 樣機實驗平臺搭建53-61
• 3.5.1 控制電路硬件設(shè)計54-59
• 3.5.2 控制軟件設(shè)計59-61
• 3.6 本章小結(jié)61-62
• 第四章 仿真結(jié)果分析及實驗62-73
• 4.1 虛擬同步發(fā)電機特性驗證62-67
• 4.1.1 孤島模式運行62-64
• 4.1.2 并網(wǎng)模式運行64-67
• 4.2 基于PEMFC的虛擬同步發(fā)電機仿真67-71
• 4.2.1 孤島模式運行67-70
• 4.2.2 并網(wǎng)模式運行70-71
• 4.3 實驗結(jié)果分析71-72
• 4.3.1 驅(qū)動信號波形71
• 4.3.2 逆變器阻性負載實驗71-72
• 4.4 本章小結(jié)72-73
• 第五章 總結(jié)與展望73-75
• 5.1 總結(jié)73
• 5.2 存在的問題及展望73-75
• 致謝75-76
• 參考文獻76-79
• 附件79-80
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的成果80-81

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