[發(fā)明專利]直流電壓分布系統(tǒng)的控制

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911023147.1
• 申請日: 2019-10-25
• 公開（公告）號(hào): CN111106601B
• 公開（公告）日: 2023-09-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 阿伯·哈季烏;薩米·卡內(nèi)爾瓦;里基·里亞迪·尚
• 申請（專利權(quán)）人: ABB瑞士股份有限公司
• 主分類號(hào): H02J1/00
• 分類號(hào): H02J1/00
• 代理公司: 北京集佳知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 劉雯鑫;楊林森

本公開涉及直流電壓分布系統(tǒng)的控制。DC電壓分布裝備和控制DC電壓分布系統(tǒng)的方法，該DC電壓分布系統(tǒng)包括：DC電壓母線；燃料電池，其電連接至DC電壓母線；能量存儲(chǔ)器和能量存儲(chǔ)器轉(zhuǎn)換器，其中，能量存儲(chǔ)器轉(zhuǎn)換器的輸入連接至能量存儲(chǔ)器，并且能量存儲(chǔ)器轉(zhuǎn)換器的輸出連接至DC電壓母線。該方法包括：為能量存儲(chǔ)器轉(zhuǎn)換器提供DC電壓基準(zhǔn)，能量存儲(chǔ)器轉(zhuǎn)換器通過從能量存儲(chǔ)器提供電力或者向能量存儲(chǔ)器提供電力來控制DC電壓母線的電壓；檢測能量存儲(chǔ)器轉(zhuǎn)換器的電力流；以及基于所檢測到的電力流來改變DC電壓基準(zhǔn)以改變從燃料電池獲取的電力。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及DC電壓分布系統(tǒng)，并且特別地涉及使用燃料電池作為能源的DC電壓分布系統(tǒng)。

背景技術(shù)

在某些環(huán)境和使用中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)DC電壓分布系統(tǒng)是有效的結(jié)構(gòu)。例如，在將電力饋送至隔離系統(tǒng)中的多個(gè)負(fù)載時(shí)，DC電壓母線可能是合適的解決方案。在這種情況下，將DC電力從電源饋送至DC電壓母線，并且使用諸如逆變器的單獨(dú)的轉(zhuǎn)換器設(shè)備從DC電壓母線對負(fù)載進(jìn)行饋送。

通常DC母線電壓保持固定在預(yù)設(shè)值處，除了常規(guī)發(fā)電機(jī)和/或能量存儲(chǔ)設(shè)備之間共享的負(fù)載的小電壓降以外。由于連接至DC母線的設(shè)備被設(shè)計(jì)成以一定的電壓水平最佳地操作，因此通常不期望改變電壓。改變DC母線電壓會(huì)在某些設(shè)備例如無源濾波器中造成額外熱量。無源元件中的額外熱量由于來自電力轉(zhuǎn)換器的電流波紋而產(chǎn)生。與轉(zhuǎn)換器輸出電壓相比，DC母線電壓越高，波紋電流就越大。然而，為了使電壓保持穩(wěn)定在固定值處，要么要求發(fā)電機(jī)以恒定電壓操作，要么需要有源整流器。

對于由內(nèi)燃機(jī)提供動(dòng)力的常規(guī)發(fā)電機(jī)，可以通過發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流來調(diào)節(jié)端電壓。這使得電壓調(diào)節(jié)變得簡單，而不需要額外的昂貴設(shè)備。然而，對于燃料電池，燃料電池端子上的輸出電壓基于燃料電池的負(fù)載而改變，并且在沒有用于有源電壓調(diào)節(jié)的設(shè)備例如DC至DC電力轉(zhuǎn)換器情況下無法對燃料電池端子上的輸出電壓進(jìn)行控制。由于燃料電池電壓的顯著改變，因此以固定電壓操作的普通DC母線導(dǎo)致顯著的缺點(diǎn)。通過DC至DC轉(zhuǎn)換器以固定的DC母線電壓操作的燃料電池的主要缺點(diǎn)是額外的成本和由于DC至DC轉(zhuǎn)換器和電流扼流圈的過設(shè)計(jì)而導(dǎo)致的占用空間，以及由高頻開關(guān)引起的損耗和噪聲。過設(shè)計(jì)是由于需要將電力轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)為最大電流和最大電壓兩者而產(chǎn)生的。然而，當(dāng)燃料電池以最大電流操作時(shí)，燃料電池的電壓可能降至最大電壓的50％。

在采用燃料電池的常規(guī)系統(tǒng)中，DC至DC轉(zhuǎn)換器用于提升燃料電池的電壓。這意味著燃料電池的最大輸出電壓必須低于固定的DC電壓。由于燃料電池輸出電壓在低負(fù)載下最高，因此輸出電壓在全功率下顯著降低。因此，為了從燃料電池中獲得高電力，必須利用更大的電流來補(bǔ)償電壓降。

使用燃料電池操作的已知設(shè)備的一個(gè)問題是：DC至DC轉(zhuǎn)換器由于轉(zhuǎn)換器不斷地操作而造成系統(tǒng)的損耗。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種方法和用于實(shí)現(xiàn)該方法的裝備以克服以上問題。本發(fā)明的目的是通過本發(fā)明的方法和裝備實(shí)現(xiàn)的。本發(fā)明還公開了優(yōu)選實(shí)施方式。

本發(fā)明基于采用能夠使DC母線電壓改變的控制系統(tǒng)的思想。由于該控制系統(tǒng)，可以使DC至DC轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)相對于燃料電池的輸出電壓可以被制造得更優(yōu)化。在該控制中，通過改變DC母線的基準(zhǔn)電壓并且使用來自能量存儲(chǔ)器的電力控制DC電壓來控制來自燃料電池的電力。

本發(fā)明的方法和裝備的優(yōu)點(diǎn)是，可以更有效地操作燃料電池。在一定的操作范圍中，燃料電池可以直接連接至DC母線，從而消除了DC至DC轉(zhuǎn)換的損耗。此外，本發(fā)明使得能夠以不同的方式對DC至DC轉(zhuǎn)換器進(jìn)行設(shè)計(jì)，從而提高系統(tǒng)的效率。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，用于轉(zhuǎn)換燃料電池電壓的DC至DC轉(zhuǎn)換器能夠增加和降低來自燃料電池的電壓。因此，燃料電池電壓可以被設(shè)計(jì)為遠(yuǎn)高于DC至DC轉(zhuǎn)換器可以僅作為升壓轉(zhuǎn)換器操作的情況。

附圖說明

在下文中，將參照附圖通過優(yōu)選實(shí)施方式的方式更詳細(xì)地描述本發(fā)明，在附圖中，