燃料电池的稳压供电与谐波抑制系统设计

发布时间：2017-06-19 02:07

  本文关键词：燃料电池的稳压供电与谐波抑制系统设计，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：燃料电池是一种新型能源发电装置,其实质上是一种将燃料的化学能通过电化学反应直接转换为电能,因而转化效率高。半导体制冷器是以半导体材料的珀耳帖效应为核心的装置,并不使用制冷剂来制冷。这两种装置都是对环境影响很小的新型绿色设备,因而推广其应用可以极大地减少温室气体的排放量,并且燃料电池是微电网系统的重要组成部分。但燃料电池存在动态响应速度缓慢、长时间运行时电压及电流会发生变化的软特性、以及电能利用效率低等缺点。燃料电池供电当并入电网时会对其造成严重的谐波问题,从而使电能质量受到严重的影响。本文以燃料电池的输出功率稳定为前提,根据燃料电池的特性和负载的变化,设计了燃点电池稳压供电与谐波抑制系统,并控制蓄电池的充放电,实现对负载稳压的供电和减小谐波电流对电网质量的污染。首先分析了燃料电池存在的问题,稳压供电系统研究现状及谐波抑制器的研究现状。然后介绍了燃料电池的发展、工作原理、特性、及应用到的基础理论等,并且根据半导体冷却装置的负载特性及蓄电池特性,设计了基于变换器的燃料电池的稳压供电系统结构。接着根据燃料电池输出电压、电流特性设计了稳压控制系统。考虑燃料电池并入电网时会对其造成严重谐波的问题,改进了有源滤波器的补偿电流系统结构,以提高电能质量。最后,设计制作了燃料电池供电系统的硬件电路和控制电路,完成了原理图设计、参数计算及元器件选型,编写了相关控制软件,开展了相关实验研究,验证了算法的有效性。
【关键词】：燃料电池 稳压系统 谐波抑制 直流变换器
【学位授予单位】：中原工学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM911.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1. 绪论9-19
• 1.1 课题的研究背景和意义9-11
• 1.2 国内外研究现状11-17
• 1.2.1 燃料电池研究现状11-14
• 1.2.2 燃料电池稳压供电研究现状14-17
• 1.2.3 谐波抑制器的研究现状17
• 1.3 本课题的主要研究内容17-19
• 2. 理论基础19-28
• 2.1 PWM原理及分析19-20
• 2.2 直流稳压器数学模型20-25
• 2.2.1 Boost电路数学模型20-23
• 2.2.2 Buck电路数学模型23-25
• 2.3 重复控制25-27
• 2.4 本章小结27-28
• 3. 燃料电池的稳压系统设计28-48
• 3.1 燃料电池供电系统的结构设计28-34
• 3.1.1 燃料电池供电系统结构29-32
• 3.1.2 能量流动模式分析32-34
• 3.2 基于前馈和反馈的稳压系统设计34-39
• 3.2.1 典型的反馈稳压控制系统34-37
• 3.2.2 基于前馈和反馈的稳压控制系统37-39
• 3.3 基于PI控制与重复控制并联的稳压系统设计39-40
• 3.4 实验结果及分析40-47
• 3.4.1 模拟燃料电池供电的实验结果及分析40-45
• 3.4.2 燃料电池的供电实验结果及分析45-47
• 3.5 本章小结47-48
• 4. 燃料电池的谐波抑制系统设计48-59
• 4.1 谐波抑制系统结构48-51
• 4.1.1 谐波电流检测49-51
• 4.1.2 补偿电流控制51
• 4.2 基于补偿电流谐波抑制系统的设计51-52
• 4.3 MATLAB/Simulink仿真及结果分析52-58
• 4.4 本章小结58-59
• 5. 总结与展望59-60
• 参考文献60-64
• 附录：硕士研究生学习阶段发表论文64-65
• 致谢65

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本文编号：461316