燃料电池集成供电系统能量管理策略研究
发布时间：2021-09-12 09:03
燃料电池在利用氢能进行供电的过程中,存在供电功率软特性问题,该特性会导致冷启动时间长、功率跟随的动态响应速度慢。加入燃料电池供电系统能量管理的目的在于有效解决这一问题。本文以燃料电池集成供电系统为研究对象,主要研究燃料电池集成供电系统的能量管理体系及基于燃料电池功率软特性补偿的系统能量管理策略问题。首先,确定了燃料电池集成供电系统的总体结构,分析了各组成单元特点;选取三重化双向DC/DC变换器作为多源供电系统的主电路拓扑,阐述了三重化双向DC/DC变换器原理,建立了变换器的数学模型,设计了其主电路参数,分析了变换器的控制方式,并进行了仿真验证。在此基础上,重点研究了燃料电池集成供电系统的能量管理体系,确定了燃料电池集成供电系统的容量配置;从分析燃料电池功率软特性机理出发,提出基于燃料电池功率软特性的能量管理策略,协调控制系统能量流动,并确定了燃料电池集成供电系统的工作模态及模态进入与切换判据。利用MATLAB/Simulink软件搭建燃料电池集成供电系统的仿真模型,在各种工作模态下对系统供电进行仿真实验,仿真结果在平稳母线电压和动态响应快速性方面均表现良好,验证了理论分析的正确性。开发...
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
三重化双向Buck-Boost变换器仿真模型
西安理工大学硕士学位论文56PWM13GNDSH1R7933K/080512U10IEDN7550B456IN+IN-GNDVDDOUTSRCOUTSNKGO1GC1C471nFFB115V124VL25.8uH/1206C514.7uF/50V/0805AGND1419710SH115V1IA1VinGND+VcNC0VF2415D-1WC51Cap100uF/50VC501uF/0805GO1R721206J20RR731206J20RR761206J20RR801206J20RG1GC1R741206J20RR771206J20R图4-10驱动电路Fig.4-10Drivecircuit通过对变换器硬件部分的主电路、信号调理采样电路、电压电流保护电路和驱动电路进行设计、制版、焊接和调试，最终研制了三台三重化双向Buck/Boost变换器样机，如图4-11所示。图4-11三重化双向Buck/Boost变换器样机Fig.4-11Triplexbi-directionalbuck/boostconverterprototype4.3系统软件设计燃料电池集成供电系统的控制器由能量管理上层控制器，和各台变换器的底层控制器组成，能量管理控制器是MCGS工控机组态平台，变换器控制器是以TMS320F28335控制芯片为核心的控制板，实现系统能量管理，功率分配。系统的控制程序主要包括，系统主程序，初始化程序，中断服务程序和能量管理程序。4.3.1主程序图4-12为主程序流程图，主程序包括关闭总中断，系统初始化，开放总中断，通信处理程序，外部IO处理程序，软件保护程序。在执行主循环程序时，若发生了中断请求，则CPU开始进入中断程序，执行完中断程序之后返回主程序中继续执行主循环程序。
4实验系统设计与结果分析594.4MCGS能量管理平台设计本系统采用MCGS工控机作为能量管理的平台，通过进行MCGS组态软件变量设计、设备窗口配置、界面设计和后台程序编程等步骤，分别设计了如图4-16所示的燃料电池集成供电系统能量管理主界面、各电源控制界面、模式选择界面和数据记录界面。(a)能量管理平台主界面(b)电源控制界面(c)模式选择界面(d)数据管理界面图4-16燃料电池集成供电系统能量管理平台设计Fig.4-16Designofenergymanagementplatformforfuelcellintegratedpowersupplysystem燃料电池集成供电系统的MCGS能量管理实物平台，如图4-17所示，能够用于管理能量流动，控制DC/DC变换器启停，运行数据记录等功能，分别从实时数据库变量、运行策略、设备窗口编辑和用户窗口页面等方面对MCGS能量管理平台进行设计，从而保证对燃料电池、蓄电池和超级电容三者功率进行合理分配，并实现能量高效合理利用。图4-17MCGS能量管理平台Fig.4-17MCGSenergymanagementplatform
【参考文献】：
期刊论文
[1]氢能质子交换膜燃料电池核心技术和应用前景[J]. 赵邓玉,邹文文,赵康宁,叶代新,赵宏滨,张久俊. 自然杂志. 2020(01)
[2]适用于燃料电池混合供电系统的能量管理策略[J]. 冯茂,马辉,赵金刚,危伟. 电力科学与工程. 2019(12)
[3]燃料电池集成供电系统协调控制策略研究[J]. 范伟强,李在强,程婷婷,王弋飞,党凯,同向前. 电力电容器与无功补偿. 2019(06)
[4]基于燃料电池电动汽车的能量管理控制策略研究[J]. 聂彦鑫,黄东越,郑志强,李涛. 机电一体化. 2019(06)
[5]车用燃料电池动力系统综述[J]. 魏振兴,周恩序,张财志,韩明,王磊. 电源技术. 2019(07)
[6]基于模糊控制的混合动力船舶能量管理策略研究[J]. 韩北川. 机电工程技术. 2019(07)
[7]混合动力植保无人机能量管理策略[J]. 刘小涵,刘希军,高丽霞,申翰林. 电源技术. 2019(06)
[8]氢燃料电池汽车能量管理方法研究[J]. 孔岩. 汽车文摘. 2019(05)
[9]氢能与燃料电池发展现状及展望[J]. 邵志刚,衣宝廉. 中国科学院院刊. 2019(04)
[10]氢燃料电池技术应用现状及发展趋势分析[J]. 徐洪流. 科技与创新. 2019(02)
博士论文
[1]独立型燃料电池直流微电网能量管理及其应用研究[D]. 韩莹.西南交通大学 2019
[2]客车用锂电池/超级电容复合储能系统的优化与控制[D]. 宋子由.清华大学 2016
[3]质子交换膜燃料电池系统建模及其控制方法研究[D]. 李奇.西南交通大学 2011
[4]燃料电池供电系统的研究[D]. 金科.南京航空航天大学 2006
硕士论文
[1]小型燃料电池车研制与能量管理研究[D]. 孟翔.西南交通大学 2019
[2]储能用电池管理系统的研究与开发[D]. 马里千.太原理工大学 2018
[3]多重化双向Buck/Boost变换器控制策略研究[D]. 梁新宇.北方工业大学 2018
[4]燃料电池电动汽车混合动力系统的仿真研究[D]. 陈明帅.青岛大学 2018
[5]燃料电池/超级电容混合供电装置研究[D]. 栾晓腾.青岛大学 2017
[6]复合储能装置的协调控制[D]. 陈美福.北京交通大学 2017
[7]基于铅酸蓄电池储能的光伏储能系统研究[D]. 陈杨飞.西安理工大学 2016
[8]电动汽车双向DC/DC变换器的应用研究[D]. 谢鹏.安徽工程大学 2016
[9]DC/DC变换器控制的仿真研究与设计[D]. 梁逊.青岛科技大学 2016
[10]燃料电池汽车双输入DC-DC变换器的研究[D]. 张冰.东北农业大学 2015
本文编号：3393944
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
三重化双向Buck-Boost变换器仿真模型
西安理工大学硕士学位论文56PWM13GNDSH1R7933K/080512U10IEDN7550B456IN+IN-GNDVDDOUTSRCOUTSNKGO1GC1C471nFFB115V124VL25.8uH/1206C514.7uF/50V/0805AGND1419710SH115V1IA1VinGND+VcNC0VF2415D-1WC51Cap100uF/50VC501uF/0805GO1R721206J20RR731206J20RR761206J20RR801206J20RG1GC1R741206J20RR771206J20R图4-10驱动电路Fig.4-10Drivecircuit通过对变换器硬件部分的主电路、信号调理采样电路、电压电流保护电路和驱动电路进行设计、制版、焊接和调试，最终研制了三台三重化双向Buck/Boost变换器样机，如图4-11所示。图4-11三重化双向Buck/Boost变换器样机Fig.4-11Triplexbi-directionalbuck/boostconverterprototype4.3系统软件设计燃料电池集成供电系统的控制器由能量管理上层控制器，和各台变换器的底层控制器组成，能量管理控制器是MCGS工控机组态平台，变换器控制器是以TMS320F28335控制芯片为核心的控制板，实现系统能量管理，功率分配。系统的控制程序主要包括，系统主程序，初始化程序，中断服务程序和能量管理程序。4.3.1主程序图4-12为主程序流程图，主程序包括关闭总中断，系统初始化，开放总中断，通信处理程序，外部IO处理程序，软件保护程序。在执行主循环程序时，若发生了中断请求，则CPU开始进入中断程序，执行完中断程序之后返回主程序中继续执行主循环程序。
4实验系统设计与结果分析594.4MCGS能量管理平台设计本系统采用MCGS工控机作为能量管理的平台，通过进行MCGS组态软件变量设计、设备窗口配置、界面设计和后台程序编程等步骤，分别设计了如图4-16所示的燃料电池集成供电系统能量管理主界面、各电源控制界面、模式选择界面和数据记录界面。(a)能量管理平台主界面(b)电源控制界面(c)模式选择界面(d)数据管理界面图4-16燃料电池集成供电系统能量管理平台设计Fig.4-16Designofenergymanagementplatformforfuelcellintegratedpowersupplysystem燃料电池集成供电系统的MCGS能量管理实物平台，如图4-17所示，能够用于管理能量流动，控制DC/DC变换器启停，运行数据记录等功能，分别从实时数据库变量、运行策略、设备窗口编辑和用户窗口页面等方面对MCGS能量管理平台进行设计，从而保证对燃料电池、蓄电池和超级电容三者功率进行合理分配，并实现能量高效合理利用。图4-17MCGS能量管理平台Fig.4-17MCGSenergymanagementplatform
【参考文献】：
期刊论文
[1]氢能质子交换膜燃料电池核心技术和应用前景[J]. 赵邓玉,邹文文,赵康宁,叶代新,赵宏滨,张久俊. 自然杂志. 2020(01)
[2]适用于燃料电池混合供电系统的能量管理策略[J]. 冯茂,马辉,赵金刚,危伟. 电力科学与工程. 2019(12)
[3]燃料电池集成供电系统协调控制策略研究[J]. 范伟强,李在强,程婷婷,王弋飞,党凯,同向前. 电力电容器与无功补偿. 2019(06)
[4]基于燃料电池电动汽车的能量管理控制策略研究[J]. 聂彦鑫,黄东越,郑志强,李涛. 机电一体化. 2019(06)
[5]车用燃料电池动力系统综述[J]. 魏振兴,周恩序,张财志,韩明,王磊. 电源技术. 2019(07)
[6]基于模糊控制的混合动力船舶能量管理策略研究[J]. 韩北川. 机电工程技术. 2019(07)
[7]混合动力植保无人机能量管理策略[J]. 刘小涵,刘希军,高丽霞,申翰林. 电源技术. 2019(06)
[8]氢燃料电池汽车能量管理方法研究[J]. 孔岩. 汽车文摘. 2019(05)
[9]氢能与燃料电池发展现状及展望[J]. 邵志刚,衣宝廉. 中国科学院院刊. 2019(04)
[10]氢燃料电池技术应用现状及发展趋势分析[J]. 徐洪流. 科技与创新. 2019(02)
博士论文
[1]独立型燃料电池直流微电网能量管理及其应用研究[D]. 韩莹.西南交通大学 2019
[2]客车用锂电池/超级电容复合储能系统的优化与控制[D]. 宋子由.清华大学 2016
[3]质子交换膜燃料电池系统建模及其控制方法研究[D]. 李奇.西南交通大学 2011
[4]燃料电池供电系统的研究[D]. 金科.南京航空航天大学 2006
硕士论文
[1]小型燃料电池车研制与能量管理研究[D]. 孟翔.西南交通大学 2019
[2]储能用电池管理系统的研究与开发[D]. 马里千.太原理工大学 2018
[3]多重化双向Buck/Boost变换器控制策略研究[D]. 梁新宇.北方工业大学 2018
[4]燃料电池电动汽车混合动力系统的仿真研究[D]. 陈明帅.青岛大学 2018
[5]燃料电池/超级电容混合供电装置研究[D]. 栾晓腾.青岛大学 2017
[6]复合储能装置的协调控制[D]. 陈美福.北京交通大学 2017
[7]基于铅酸蓄电池储能的光伏储能系统研究[D]. 陈杨飞.西安理工大学 2016
[8]电动汽车双向DC/DC变换器的应用研究[D]. 谢鹏.安徽工程大学 2016
[9]DC/DC变换器控制的仿真研究与设计[D]. 梁逊.青岛科技大学 2016
[10]燃料电池汽车双输入DC-DC变换器的研究[D]. 张冰.东北农业大学 2015
本文编号：3393944
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianlidianqilunwen/3393944.html
