[發(fā)明專利]燃料電池-超級電容混合供電系統(tǒng)的分散式功率分配法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710557532.9
• 申請日: 2017-07-10
• 公開（公告）號: CN107294118B
• 公開（公告）日: 2020-01-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳家偉;宋清超
• 申請（專利權(quán)）人: 重慶大學(xué)
• 主分類號: H02J3/28
• 分類號: H02J3/28;H02J3/46
• 代理公司: 50218 重慶信航知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 吳彬

本發(fā)明公開了一種燃料電池?超級電容混合供電系統(tǒng)的分散式功率分配法，屬于電氣化交通領(lǐng)域和直流微電網(wǎng)領(lǐng)域，其包括，步驟1：建立燃料電池?超級電容混合供電系統(tǒng)；步驟2：設(shè)計控制器對燃料電池?超級電容混合供電系統(tǒng)進(jìn)行控制；步驟3：對燃料電池?超級電容混合供電系統(tǒng)設(shè)置控制參數(shù)，以實現(xiàn)分散式動態(tài)功率分配。本發(fā)明燃料電池?超級電容混合供電系統(tǒng)，不僅能實現(xiàn)脈動負(fù)載功率在不同供電單元間的動態(tài)優(yōu)化分配，高頻的功率脈動由超級電容提供，低頻的緩變功率由燃料電池提供；而且在穩(wěn)定狀態(tài)下還可實現(xiàn)母線電壓和超級電容荷電狀態(tài)的自動恢復(fù)。此外，本發(fā)明還可實現(xiàn)超級電容的過充過放保護，以保證超級電容工作在正常工作區(qū)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及混合儲能系統(tǒng)、混合供電系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種混合供電系統(tǒng)的分散式功率分配法。

背景技術(shù)

隨著世界性能源危機的日益加劇以及環(huán)境污染問題日益突出，清潔、綠色、高效的可再生能源發(fā)電技術(shù)得到了快速發(fā)展。因燃料電池具有清潔、高效、高功率密度、低噪音和配置靈活等優(yōu)點，采用燃料電池替換傳統(tǒng)發(fā)電單元已成為解決傳統(tǒng)內(nèi)燃機發(fā)電系統(tǒng)低效率、高油耗、高噪音、高污染問題的主要措施之一。由于現(xiàn)代電氣系統(tǒng)(如多電飛機、電動汽車、多電船等)中大量新型電氣化負(fù)載的負(fù)荷曲線具有強脈動、快變化特性(周期幾十至幾百毫秒)，然而動態(tài)響應(yīng)較慢的燃料電池(幾秒至幾十秒)難以提供負(fù)載所需動態(tài)功率。不僅如此，現(xiàn)代電氣系統(tǒng)在某些運行狀態(tài)下，負(fù)載會產(chǎn)生大量再生能量向源回饋。而燃料電池?zé)o法存儲回饋能量，需要額外安裝卸荷電阻對其進(jìn)行耗散，勢必會增大系統(tǒng)體積和重量。因此，單一采用燃料電池難以滿足現(xiàn)代電氣系統(tǒng)中新型電氣化負(fù)載的供電需求。為解決這一問題，集成多個供電單元(如燃料電池、蓄電池和超級電容等)的混合供電系統(tǒng)得到了工業(yè)界和學(xué)術(shù)界重視，成為了一種潛在的解決方案。

根據(jù)報道，在未來電氣系統(tǒng)中，燃料電池-超級電容混合供電系統(tǒng)是最具競爭力的混合供電系統(tǒng)。燃料電池-超級電容混合供電系統(tǒng)中不同供電單元具有不同的能量密度、功率密度和動態(tài)響應(yīng)特性，可分別滿足負(fù)載不同功率需求：因燃料電池功率密度低、動態(tài)響應(yīng)慢，但能量密度高，可由其在混合供電系統(tǒng)運行過程中連續(xù)向負(fù)載提供所需功率的低頻分量；超級電容因能量密度低，但功 率密度高，動態(tài)響應(yīng)快，可提供負(fù)載功率的高頻脈動分量。如此，可全面優(yōu)化混合供電系統(tǒng)的運行效率和整體性能。顯然，負(fù)載功率在不同特性的供電單元間合理分配需要優(yōu)化的功率分配控制方法來實現(xiàn)。研究出一種優(yōu)良的功率分配控制方法是保證混合供電系統(tǒng)能夠成功運用于未來電氣系統(tǒng)的關(guān)鍵，具有極為重要的理論意義和現(xiàn)實價值。

因燃料電池和超級電容均為直流供電單元，兩者可通過直直變換器并聯(lián)構(gòu)成混合供電系統(tǒng)。負(fù)載功率在兩者間的優(yōu)化分配可通過對端口變換器施加合理的控制來實現(xiàn)。目前，國內(nèi)外已有相關(guān)文獻(xiàn)研究燃料電池-超級電容混合供電系統(tǒng)的功率優(yōu)化分配控制問題。對現(xiàn)有方法進(jìn)行分析總結(jié)，可大致歸為兩類：