專利名稱：燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的等效模型構(gòu)造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)負(fù)荷建模領(lǐng)域，涉及一種燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的等效模型構(gòu)造 方法。
背景技術(shù)：
人類對能源需求的日益增長，使更多地開發(fā)利用潔凈可再生新能源成為關(guān)系到 人類生存和發(fā)展的重大社會問題，新能源發(fā)電因此受到高度重視和快速發(fā)展，其裝機(jī)容 量比例快速增長，分布式發(fā)電、微電網(wǎng)、智能電網(wǎng)等概念和技術(shù)也應(yīng)運而生。分布式電源 (DistributedGenerating Source,DGS)的大量出現(xiàn)，改變了傳統(tǒng)配電網(wǎng)的負(fù)荷組成和拓?fù)?結(jié)構(gòu)，給電力系統(tǒng)分析與運行控制帶來一系列新的亟待解決的理論方法與技術(shù)問題，考慮 分布式電源影響的配電網(wǎng)綜合負(fù)荷建模即是其中之一。燃料電池(Fuel Cell, FC)具有清潔、反應(yīng)效率高、安裝靈活、可以熱電聯(lián)產(chǎn)，且 具有高度模塊化、噪聲低、安裝及維護(hù)簡便等優(yōu)點，是一種很有潛質(zhì)的可再生能源。適用于 分布式電源應(yīng)用的FC有質(zhì)子交換膜燃料電池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell, PEMFC)、熔融碳酸鹽燃料電池(Molten Carbonate Fuel Cell, MCFC)和固體氧化物燃料電 池(Solid OxideFuel Cell，S0FC)，其中SOFC因發(fā)電效率最高，適用范圍很廣。本文以SOFC 為例，建立既能簡單模擬電池堆特性又方便負(fù)荷建模研究的FC模型?？紤]FC的配電網(wǎng)綜合負(fù)荷建模面臨兩個必須解決的問題第一，基于總體測辨法 的負(fù)荷建模需要對FC進(jìn)行大量的運行特性仿真實驗，如何構(gòu)建FC的仿真模型？第二，作為 配電網(wǎng)綜合負(fù)荷的一部分，F(xiàn)C應(yīng)該如何等效以滿足電網(wǎng)仿真計算對等效模型的要求？國內(nèi) 外已有文獻(xiàn)認(rèn)為燃料電池系統(tǒng)基本為靜特性，也有的建立了 FC電池堆的動態(tài)模型，但只針 對于燃料電池堆本身的動態(tài)特性，有的文獻(xiàn)提出當(dāng)配網(wǎng)側(cè)含有發(fā)電機(jī)時，可采用異步發(fā)電 機(jī)并聯(lián)ZIP的廣義負(fù)荷模型結(jié)構(gòu)。這些文獻(xiàn)有的側(cè)重于FC自身的動態(tài)行為研究，有的側(cè)重 于與電網(wǎng)連接的動態(tài)行為研究；前者模型復(fù)雜，在電力系統(tǒng)仿真計算應(yīng)用有較大的困難，后 者過于簡化，未考慮FC發(fā)電系統(tǒng)的整體動態(tài)特性；缺乏一種既能準(zhǔn)確反映FC自身特性，又 能并網(wǎng)仿真的模型體系。而針對問題二的研究則鮮見報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的等效模型構(gòu)造方法，采用該燃料電 池發(fā)電系統(tǒng)的等效模型，能準(zhǔn)確地模擬燃料電池發(fā)電系統(tǒng)在并網(wǎng)運行條件下的穩(wěn)態(tài)和暫態(tài) 特性，可作為燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的研究工具。本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下—種燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的等效模型構(gòu)造方法，在該燃料電池發(fā)電系統(tǒng)中，燃料電 池通過逆變器向電網(wǎng)輸出電能，燃料電池發(fā)電系統(tǒng)采用以下以電流為狀態(tài)變量的二階動態(tài) 微分方程來表征
權(quán)利要求
1. 一種燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的等效模型構(gòu)造方法，在該燃料電池發(fā)電系統(tǒng)中，燃料電池 通過逆變器向電網(wǎng)輸出電能，其特征在于，燃料電池發(fā)電系統(tǒng)采用以下以電流為狀態(tài)變量 的二階動態(tài)微分方程來表征
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的等效模型構(gòu)造方法，其特征在于，在數(shù) 字仿真系統(tǒng)中設(shè)置三相對稱短路故障，使得PCC點的電壓分別跌落不同的程度，對燃料電 池發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行一系列的數(shù)字仿真，得到建模樣本，即電壓、有功功率和無功功率的仿真數(shù) 據(jù)，再對模型進(jìn)行辨識，獲得等效電阻和等效電感。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的等效模型構(gòu)造方法，其特征在于，采用 Matlab/Simulink構(gòu)造數(shù)字仿真系統(tǒng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項所述的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的等效模型及其構(gòu)造 方法，其特征在于，已知穩(wěn)態(tài)時的激勵即PCC的同步坐標(biāo)下的電壓向量Utl = [Vgrid. x(0) Vgrid.y(Q)]m響應(yīng)即燃料電池發(fā)電系統(tǒng)向PCC注入的功率向量
全文摘要
本發(fā)明公開了一種燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的等效模型構(gòu)造方法，在該燃料電池發(fā)電系統(tǒng)中，燃料電池通過逆變器向電網(wǎng)輸出電能，其特征在于，燃料電池發(fā)電系統(tǒng)在并網(wǎng)運行環(huán)境下的外特性可以采用本說明書附圖
3所示的等值電路描述，其數(shù)學(xué)模型用以下二階動態(tài)微分方程來表征其中，IL。d、IL。q是逆變器輸出電流的d軸分量和q軸分量；Vinv是逆變器的出口電壓；Vgrid。d、Vgrid。q。是燃料電池發(fā)電系統(tǒng)與電網(wǎng)的公共連接點(Point of Common Connection，PCC)電壓的d軸分量和q軸分量；R、Lf分別為等值電阻和等值電感。采用該燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的等效模型，能準(zhǔn)確地模擬燃料電池發(fā)電系統(tǒng)在并網(wǎng)運行條件下的穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)特性。
文檔編號H01M8/04GK102148385SQ20111000703
公開日2011年8月10日 申請日期2011年1月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月13日
發(fā)明者李培強(qiáng), 李小菊, 李欣然, 王玲, 馬亞輝 申請人:湖南大學(xué)