SOFC/锂电池混合发电系统能量管理
发布时间：2022-01-14 23:24
固体氧化物燃料电池（SOFC）是一种在高温下工作的发电装置,具有清洁高效的特点,是一种很有发展前景的绿色能源。由于SOFC系统的输出特性偏软,无法实时跟踪负载的快速变化,需要引入辅助电源（例如锂电池）来帮助实现对负载的快速跟踪。然而在混合发电系统中,SOFC系统与锂电池相互影响,研究合适的能量管理策略实现混合发电系统的实时能量分配和跟踪,以期提高系统性能和经济性,已成为目前SOFC混合发电系统研究领域内的关键问题。因此本文针对SOFC/锂电池混合发电系统提出了基于功率预测的实时能量管理策略,主要研究内容如下:（1）搭建了SOFC/锂电池混合发电系统模型。首先基于质量守恒定律、能量守恒定律、电化学原理与热力学定律,建立了SOFC系统的数学模型,包括电堆、空气压缩机、热交换器、旁路阀、混合器、尾气燃烧室、分流器等部件。其次建立了锂电池二阶阻容等效电路模型,并基于最小二乘法进行模型参数的辨识。本文进行仿真并验证了SOFC系统的极化曲线和锂电池模型的V-t曲线,结果表明搭建的SOFC系统与锂电池系统均能够较为准确地反映系统的实际输出特性。（2）提出了一种SOFC/锂电池混合发电系统实时能量管理...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
SOFC/锂电池混合发电系统结构
如图2-2所示[92],SOFC系统包括电堆以及相关的外围设备,包括空气压缩机、燃料热交换器、空气热交换器、混合器、旁路阀、尾气燃烧室、分流器等。电堆是SOFC系统的核心部件,燃料与氧化剂在电堆内发生电化学反应并直接生成电流。空气压缩机一方面给电堆提供一定压强的氧气,另一方面可以通过空气进口流量调节SOFC系统的温度。燃料热交换器和空气热交换器利用尾气燃烧室排出的废气预热反应气体和空气到一定温度保证电堆的正常运行。旁路阀和混合器通过调节参与反应的冷热气体比例进而调节电堆阴、阳极入口的温度。尾气燃烧室主要用于回收未参加反应的气体并将反应产生的热量传送到热交换器中预热反应气体。本章基于MATLAB/Simulink平台对SOFC系统进行模块化建模。分别搭建了SOFC系统各个部件的模型,并基于图2-2示意将SOFC系统部件进行连接整合,其次基于实际情况调整各个模块的参数,最终构建了SOFC系统的仿真模型。模块化建模的优点在于降低了模型的耦合性,当仿真过程中某个条件发生改变后,可以只修改其中对应的模型,不影响系统整体的功能实现,也降低了系统的建模难度。同时为了进一步简化模型,本节做出了如下假设[93-94]:
由于SOFC系统的动态响应较慢,针对负载变化较快的情况下,SOFC系统无法快速响应。而锂电池作为一种储能装置,相比其他电池来说具有较高的功率密度,能很好的弥补SOFC系统的这一不足。作为一种可充电电池,锂电池已经广泛应用在智能手机、新能源汽车等领域中。和燃料电池的组成类似,锂电池主要由正负极、液态电解质、外壳和隔膜等部件组成,如图2-3所示。锂电池的正负极内部都是微型空隙结构,在放电阶段,锂离子脱离多孔的负极通过电解质向正极不断移动;在充电阶段,正极产生首先产生锂离子再移动到负极然后和负极的碳材料结合,具体化学反应方程式原理如式(2-36)、(2-37)、(2-38)所示:
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于长短期记忆神经网络的风力发电功率预测方法[J]. 李相俊,许格健. 发电技术. 2019(05)
[2]电动汽车锂电池工作特性等效电路比较研究[J]. 李百华,郭灿彬. 机电工程技术. 2016(12)
[3]基于等效电路的内阻自适应锂离子电池模型[J]. 戴海峰,魏学哲,孙泽昌. 同济大学学报(自然科学版). 2010(01)
[4]电动汽车用磷酸铁锂离子电池的PNGV模型分析[J]. 张宾,郭连兑,李宏义,陈全世,崔忠彬. 电源技术. 2009(05)
[5]基于主成分分析的最小二乘支持向量机短期负荷预测模型[J]. 刘宝英,杨仁刚. 电力自动化设备. 2008(11)
[6]三类常用电动汽车电池模型的比较研究[J]. 卢居霄,林成涛,陈全世,韩晓东. 电源技术. 2006(07)
[7]燃料电池-燃气轮机混合发电系统性能研究[J]. 陈启梅,翁一武,翁史烈,朱新坚. 中国电机工程学报. 2006(04)
[8]固体氧化物燃料电池的研究进展[J]. 卢俊彪,张中太,唐子龙. 稀有金属材料与工程. 2005(08)
[9]固体氧化物燃料电池[J]. 彭苏萍,韩敏芳,杨翠柏,王玉倩. 物理. 2004(02)
[10]质子交换膜燃料电池的发展现状[J]. 张华民,明平文,邢丹敏. 当代化工. 2001(01)
博士论文
[1]平板式固体氧化物燃料电池系统的动态建模与控制[D]. 蒋建华.华中科技大学 2013
[2]直驱永磁风电—燃料电池混合系统建模及功率平滑控制[D]. 谭勋琼.湖南大学 2011
[3]中温固体氧化物燃料电池系统建模与控制方法研究[D]. 杨杰.华中科技大学 2009
[4]固体氧化物燃料电池及其混合系统的多级建模与仿真研究[D]. 张兄文.西安交通大学 2008
[5]基于智能方法的熔融碳酸盐燃料电池/微型燃气轮机联合发电系统的建模与控制研究[D]. 陈跃华.上海交通大学 2007
硕士论文
[1]锂电池电化学模型参数辨识研究[D]. 陈洪涛.北京交通大学 2019
[2]固体氧化物燃料电池/锂电池混合动力系统的电能优化管控研究[D]. 李泽华.华中科技大学 2019
[3]机车用燃料电池混合动力系统建模与能量管理[D]. 于爽.西南交通大学 2018
[4]基于COMSOL固体氧化物燃料电池（SOFC）的数值模拟仿真[D]. 帅浚超.华中科技大学 2017
[5]基于电池性能衰退的燃料电池汽车能量管理预测控制[D]. 林海波.福州大学 2017
[6]基于智能控制算法的混合动力船舶能量管理策略研究[D]. 唐道贵.武汉理工大学 2017
[7]基于PV/SOFC联供系统的负荷预测和能量管理研究[D]. 张阿强.山东大学 2016
[8]面向固体氧化物燃料电池（SOFC）的混合能源能量管理研究[D]. 周春来.华中科技大学 2016
[9]固体氧化物燃料电池/锂电池混合能量管理研究[D]. 徐阳.华中科技大学 2017
[10]基于PV/SOFC混合发电系统的建模及性能仿真研究[D]. 郭伟.山东大学 2014
本文编号：3589421
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
SOFC/锂电池混合发电系统结构
如图2-2所示[92],SOFC系统包括电堆以及相关的外围设备,包括空气压缩机、燃料热交换器、空气热交换器、混合器、旁路阀、尾气燃烧室、分流器等。电堆是SOFC系统的核心部件,燃料与氧化剂在电堆内发生电化学反应并直接生成电流。空气压缩机一方面给电堆提供一定压强的氧气,另一方面可以通过空气进口流量调节SOFC系统的温度。燃料热交换器和空气热交换器利用尾气燃烧室排出的废气预热反应气体和空气到一定温度保证电堆的正常运行。旁路阀和混合器通过调节参与反应的冷热气体比例进而调节电堆阴、阳极入口的温度。尾气燃烧室主要用于回收未参加反应的气体并将反应产生的热量传送到热交换器中预热反应气体。本章基于MATLAB/Simulink平台对SOFC系统进行模块化建模。分别搭建了SOFC系统各个部件的模型,并基于图2-2示意将SOFC系统部件进行连接整合,其次基于实际情况调整各个模块的参数,最终构建了SOFC系统的仿真模型。模块化建模的优点在于降低了模型的耦合性,当仿真过程中某个条件发生改变后,可以只修改其中对应的模型,不影响系统整体的功能实现,也降低了系统的建模难度。同时为了进一步简化模型,本节做出了如下假设[93-94]:
由于SOFC系统的动态响应较慢,针对负载变化较快的情况下,SOFC系统无法快速响应。而锂电池作为一种储能装置,相比其他电池来说具有较高的功率密度,能很好的弥补SOFC系统的这一不足。作为一种可充电电池,锂电池已经广泛应用在智能手机、新能源汽车等领域中。和燃料电池的组成类似,锂电池主要由正负极、液态电解质、外壳和隔膜等部件组成,如图2-3所示。锂电池的正负极内部都是微型空隙结构,在放电阶段,锂离子脱离多孔的负极通过电解质向正极不断移动;在充电阶段,正极产生首先产生锂离子再移动到负极然后和负极的碳材料结合,具体化学反应方程式原理如式(2-36)、(2-37)、(2-38)所示:
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于长短期记忆神经网络的风力发电功率预测方法[J]. 李相俊,许格健. 发电技术. 2019(05)
[2]电动汽车锂电池工作特性等效电路比较研究[J]. 李百华,郭灿彬. 机电工程技术. 2016(12)
[3]基于等效电路的内阻自适应锂离子电池模型[J]. 戴海峰,魏学哲,孙泽昌. 同济大学学报(自然科学版). 2010(01)
[4]电动汽车用磷酸铁锂离子电池的PNGV模型分析[J]. 张宾,郭连兑,李宏义,陈全世,崔忠彬. 电源技术. 2009(05)
[5]基于主成分分析的最小二乘支持向量机短期负荷预测模型[J]. 刘宝英,杨仁刚. 电力自动化设备. 2008(11)
[6]三类常用电动汽车电池模型的比较研究[J]. 卢居霄,林成涛,陈全世,韩晓东. 电源技术. 2006(07)
[7]燃料电池-燃气轮机混合发电系统性能研究[J]. 陈启梅,翁一武,翁史烈,朱新坚. 中国电机工程学报. 2006(04)
[8]固体氧化物燃料电池的研究进展[J]. 卢俊彪,张中太,唐子龙. 稀有金属材料与工程. 2005(08)
[9]固体氧化物燃料电池[J]. 彭苏萍,韩敏芳,杨翠柏,王玉倩. 物理. 2004(02)
[10]质子交换膜燃料电池的发展现状[J]. 张华民,明平文,邢丹敏. 当代化工. 2001(01)
博士论文
[1]平板式固体氧化物燃料电池系统的动态建模与控制[D]. 蒋建华.华中科技大学 2013
[2]直驱永磁风电—燃料电池混合系统建模及功率平滑控制[D]. 谭勋琼.湖南大学 2011
[3]中温固体氧化物燃料电池系统建模与控制方法研究[D]. 杨杰.华中科技大学 2009
[4]固体氧化物燃料电池及其混合系统的多级建模与仿真研究[D]. 张兄文.西安交通大学 2008
[5]基于智能方法的熔融碳酸盐燃料电池/微型燃气轮机联合发电系统的建模与控制研究[D]. 陈跃华.上海交通大学 2007
硕士论文
[1]锂电池电化学模型参数辨识研究[D]. 陈洪涛.北京交通大学 2019
[2]固体氧化物燃料电池/锂电池混合动力系统的电能优化管控研究[D]. 李泽华.华中科技大学 2019
[3]机车用燃料电池混合动力系统建模与能量管理[D]. 于爽.西南交通大学 2018
[4]基于COMSOL固体氧化物燃料电池（SOFC）的数值模拟仿真[D]. 帅浚超.华中科技大学 2017
[5]基于电池性能衰退的燃料电池汽车能量管理预测控制[D]. 林海波.福州大学 2017
[6]基于智能控制算法的混合动力船舶能量管理策略研究[D]. 唐道贵.武汉理工大学 2017
[7]基于PV/SOFC联供系统的负荷预测和能量管理研究[D]. 张阿强.山东大学 2016
[8]面向固体氧化物燃料电池（SOFC）的混合能源能量管理研究[D]. 周春来.华中科技大学 2016
[9]固体氧化物燃料电池/锂电池混合能量管理研究[D]. 徐阳.华中科技大学 2017
[10]基于PV/SOFC混合发电系统的建模及性能仿真研究[D]. 郭伟.山东大学 2014
本文编号：3589421
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