基于PV-PEMFC-Battery的家用热电联供系统的研究

发布时间：2017-09-17 11:39

  本文关键词：基于PV-PEMFC-Battery的家用热电联供系统的研究

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【摘要】：随着经济的发展,对煤炭等化石燃料的需求越来越大,传统不可再生能源的迅速减少给全世界敲响了警钟,且近年来全国多地持续出现雾霾天气,对人们的健康造成了严重的影响,寻找开发新的清洁可再生能源是刻不容缓的举措。新能源热电联供系统的使用,对于提高能源利用率有很大作用,特别是针对家庭用户的热电联供系统,既可以减轻大电网的压力,又灵活可控,有很大的发展空间。燃料电池具有能量利用率高、体积小、噪音低、无污染等许多优点,经常被用来进行热电联供。蓄电池能量密度高,但是体积大,且有一定程度的自放电,不适合用来长期存储电量。目前许多针对热电联供系统的研究没有结合实际的光伏出力和家庭用电情况来对系统进行容量规划,也没有整个热电联供系统的优化容量,且也没有对系统的运行模式做详细的分析。本文主要选用由光伏、蓄电池和质子交换膜燃料电池组成联合热电联供系统,就针对上述问题展开了具体的研究。首先对各个分布式电源分别进行建模,根据光伏、蓄电池、电池槽的各自数学模型搭建了MATLAB/Simulink仿真模型,并分析了在不同条件下的输出特性。对于燃料电池采用的是Thermolib模型,分析了在不同控制电流下燃料电池的电热效率和最优的氢气进气流率,避免了能源的浪费,提高资源利用率。其次根据典型的家庭用电用热负载和杭州当地标准光照下光伏平均日出力曲线,结合系统各部分的成本,以静态平均成本经济最优为目标,利用Homer软件对光伏、蓄电池、燃料电池、电池槽、储氢罐和逆变器的容量进行了优化配比。在此优化配比下,系统20年寿命周期内产电量达484640kwh,产热量为107960kwh,基本可以满足家庭用户的用电需求和大部分用热需求。最后根据前面的研究基础搭建了热电联供系统的整体模型,且对蓄电池的充放电控制过程和燃料电池的能量管理系统分别搭建了模型,并对燃料电池的温度控制系统进行了仿真,仿真结果说明通过控制冷却水流率的方式能有效的控制燃料电池堆的温度。对热电联供系统的整体运行进行了控制仿真,根据不同光照强度下光伏出力的不同,模拟了不同天气情况下系统的运行模式。仿真曲线包括模拟的光照强度,光伏出力,蓄电池的荷电状态,燃料电池的出力曲线和直流母线电压等。从直流母线电压变化可以看出系统在不同模式之间切换时基本可以保持稳定。
【关键词】：光伏 燃料电池 热电联供 经济优化 运行控制
【学位授予单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU83;TM91
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-23
• 1.1 课题研究的背景和意义10-12
• 1.1.1 课题研究的背景10-12
• 1.1.2 可再生能源和清洁能源的利用12
• 1.2 燃料电池的分类、工作原理及其优点介绍12-16
• 1.3 热电联供系统原理16-17
• 1.4 热电联供研究现状17-21
• 1.4.1 国内研究现状17-19
• 1.4.2 国外研究现状19-20
• 1.4.3 混合热电联供系统的研究现状20-21
• 1.5 本文的主要工作21-23
• 第二章 热电联供系统各单元的建模23-39
• 2.1 光伏发电单元的建模和仿真23-26
• 2.1.1 光伏电池的数学模型23-24
• 2.1.2 光伏电池的MATLAB模型及仿真分析24-26
• 2.2 质子交换膜燃料电池的Thermolib模型和仿真26-32
• 2.2.1 质子交换膜燃料电池的Thermolib模型26-27
• 2.2.2 质子交换膜燃料电池模型的仿真分析27-29
• 2.2.3 质子交换摸燃料电池的效率分析29-32
• 2.3 蓄电池的建模和仿真32-35
• 2.3.1 蓄电池的数学模型32-34
• 2.3.2 蓄电池的仿真分析34-35
• 2.4 电解槽的建模和仿真35-38
• 2.5 本章小结38-39
• 第三章 家用热电联供系统的容量优化39-46
• 3.1 热电联供系统的基本能量策略39
• 3.2 家用热电联供系统的负荷分析39-40
• 3.2.1 电负载情况分析39-40
• 3.2.2 热负荷分析40
• 3.3 光伏出力和气候分析40-42
• 3.4 热电联供系统的经济优化条件下的容量配比42-45
• 3.4.1 热电联供系统的经济成本分析42-43
• 3.4.2 基于Homer软件的优化容量配比43-45
• 3.5 系统的节能性分析45
• 3.6 本章小结45-46
• 第四章 热电联供系统的控制运行46-58
• 4.1 热电联供系统的整体运行框图46
• 4.2 DC/AC电路模型46-47
• 4.3 蓄电池充放电过程的控制47-48
• 4.4 燃料电池的控制48-53
• 4.4.1 燃料电池入口流率控制模型48-49
• 4.4.2 燃料电池堆的温度控制模型49-52
• 4.4.3 热量的存储方案52-53
• 4.5 热电联供系统的运行控制53-57
• 4.6 本章小结57-58
• 第五章 总结和展望58-60
• 5.1 总结58
• 5.2 展望58-60
• 第六章 致谢60-61
• 参考文献61-67
• 附录67

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本文编号：869222