燃料电池混合能源系统交错并联技术和滑模变结构控制算法研究
本文选题:燃料电池 切入点:超级电容 出处:《天津理工大学》2017年硕士论文 论文类型:学位论文
【摘要】:随着环境污染日益严重和石油能源日渐短缺,迫切需要可再生的绿色能源来代替石油从而缓解环境污染的压力。质子交换膜燃料电池(PEMFC)是一种无污染可再生绿色能源,具有运行温度低,运行压力小,排放少和高能量转化率等等优点。但是动态响应慢等的缺点影响了推广,需要辅助能源来弥补。在燃料电池系统中加入超级电容,可以利用燃料电池高能量比和超级电容高功率比的双重优点。对于燃料电池混合动力系统,直流变换器(DC/DC)是其核心的部件,对于整个燃料电池混合能源管理系统有着至关重要的作用。本文以质子交换膜燃料电池混合能源系统作为研究对象,开展了以下三项研究:1)基于燃料电池和超级电容混合能源系统的原理设计了仿真平台,建立了燃料电池、超级电容、基于三相交错并联技术单向的Buck变换器和双向的Buck-Boost的Simulink仿真模型;2)论文将交错并联技术应用到了直流变换器上。通过剖析三相交错并联双向变换器,采用交错并联技术减小双向直流变换器的切换速度,加快系统的响应速度的特点。利用交错并联技术得到的三相交错并联Boost变换器,其电流和输出电压的纹波减小了。Matlab/Simulink仿真模型的仿真结果证明了交错并联技术有利于减小DC/DC变换器输出电压电流纹波,提高了系统的响应速度;3)采用滑模变结构控制方法对能量管理控制器进行改进,设计了消除抖振的Boost滑模控制器。滑模控制器的采用加快系统响应速度,减小了总线电压的纹波。通过对Buck变换器的分析,得到Buck变换器的滑模控制器。仿真结果表明,使用滑模控制器可使系统输出电压更快的跟随其设定值,保持总线电压的稳定性,减小纹波,加快系统的响应速度。提高系统鲁棒性。
[Abstract]:With the increasingly serious environmental pollution and the increasing shortage of petroleum energy, renewable green energy is urgently needed to replace oil to relieve the pressure of environmental pollution. Proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) is a kind of pollution-free renewable green energy. It has the advantages of low operating temperature, low operating pressure, low emission and high energy conversion. However, the disadvantages of slow dynamic response and so on have affected the promotion and need auxiliary energy to make up for it. The dual advantages of fuel cell high energy ratio and super capacitor high power ratio can be taken advantage of. DC / DC converter is the core component of fuel cell hybrid power system. In this paper, the proton exchange membrane fuel cell hybrid energy system is taken as the research object. The following three studies were carried out: (1) A simulation platform was designed based on the principle of fuel cell and super capacitor hybrid energy system, and the fuel cell, super capacitor, Buck converter based on three-phase interleaving parallel technology and Simulink simulation model of bi-directional Buck-Boost are applied to DC converter in this paper. The switching speed of bi-directional DC / DC converter is reduced and the response speed of the system is accelerated by using staggered parallel technology. The three-phase staggered parallel Boost converter is obtained by using staggered parallel technology. The ripple of current and output voltage is reduced. The simulation results show that the interleaving parallel technique is beneficial to reduce the output voltage and current ripple of DC/DC converter. The response speed of the system is improved. The sliding mode variable structure control method is adopted to improve the energy management controller. A Boost sliding mode controller is designed to eliminate buffeting. The sliding mode controller is used to accelerate the response speed of the system. The ripple of bus voltage is reduced. By analyzing the Buck converter, the sliding mode controller of the Buck converter is obtained. The simulation results show that the output voltage of the system can follow its set value more quickly by using the sliding mode controller. The stability of bus voltage is maintained, the ripple is reduced, the response speed of the system is accelerated, and the system robustness is improved.
【学位授予单位】:天津理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TM911.4
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,本文编号:1602146
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