近年來,氫燃料電池等新能源并入微電網(wǎng)得到了人們廣泛的關(guān)注。提出一種采用虛擬同步機(jī)技術(shù)的氫燃料電池發(fā)電系統(tǒng)。首先建立了氫燃料電池?cái)?shù)學(xué)模型,分析了其電壓輸出特性和功率特性。在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了兩級(jí)變換器式并網(wǎng)控制系統(tǒng)。在虛擬同步機(jī)控制中,針對(duì)功率外環(huán)中一階濾波器低頻特性影響系統(tǒng)穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)性能的問題,在原有濾波器的基礎(chǔ)上引入陷波濾波器進(jìn)行優(yōu)化補(bǔ)償。最后,利用Matlab/Simulink進(jìn)行仿真,對(duì)比優(yōu)化前后濾波效果,并對(duì)網(wǎng)側(cè)電壓、電流總畸變（THD）進(jìn)行仿真測(cè)試,驗(yàn)證了優(yōu)化后的濾波器及控制系統(tǒng)的有效性和可行性。 

【文章來源】：電力系統(tǒng)保護(hù)與控制. 2020,48(22)北大核心

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

燃料電池堆輸出特性曲線

徐靖，等氫燃料電池并入微電網(wǎng)的改進(jìn)虛擬同步機(jī)控制-167-兩級(jí)變換器式并網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的拓?fù)鋱D見圖3，主要由氫燃料電池、兩級(jí)DC/DC變換器、DC/AC變換器和LC濾波器組成，最終并入380V/50Hz的微電網(wǎng)中。VSG的原理是利用功率的雙向流動(dòng)來參與電網(wǎng)的調(diào)頻調(diào)壓，而氫燃料電池不存在雙向性，故本文加入了輔助電源和雙向DC/DC變換器，使VSG系統(tǒng)具有雙向性。后級(jí)DC/AC變換器采用全橋電壓式逆變器，控制核心是使逆變器的相序、頻率和相位與并網(wǎng)的電網(wǎng)一致，為使并網(wǎng)系統(tǒng)更加穩(wěn)定。圖3兩級(jí)變換器式并網(wǎng)系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)Fig.3Topologystructureoftwo-stageconvertergrid-connectedsystem氫燃料電池輸出電壓較低且不穩(wěn)定，DC/DC變換器需要提高并穩(wěn)定輸出電壓，并具有輸出電壓紋波孝效率高、功率密度高和電磁干擾低等性能[16]。Boost電路具有良好的輸出特性并且結(jié)構(gòu)簡單可靠，故其前級(jí)DC/DC變換器采用Boost升壓變換器，使該電壓滿足后級(jí)的電壓要求。但只采用一級(jí)DC/DC變換器會(huì)因?yàn)樯龎罕稊?shù)過大(7~9倍)導(dǎo)致占空比D很大，使升壓的電路穩(wěn)定性受影響，故采用雙級(jí)DC/DC變換器，在提高電壓的同時(shí)，抑制輸入電流紋波，并且起到阻斷反向電流流入。其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖4所示。該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)先用Boost電路進(jìn)行升壓和穩(wěn)定，因?yàn)闅淙剂想姵氐闹荒苁鼓芰繂涡辛鲃?dòng)，之后采用隔離性變換器進(jìn)行二次升壓，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性得到保障。相比于半橋變換器，全橋變換器的圖4升壓電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)Fig.4TopologicalstructureofBoostcircuit開關(guān)管工作時(shí)開關(guān)應(yīng)力小，變壓器磁芯使用效率高，并且其功率等級(jí)相同時(shí)流過開關(guān)管的電流小一半，這些均符合本文設(shè)計(jì)的電源電流和額定功率較大的特點(diǎn)

靠，故其前級(jí)DC/DC變換器采用Boost升壓變換器，使該電壓滿足后級(jí)的電壓要求。但只采用一級(jí)DC/DC變換器會(huì)因?yàn)樯龎罕稊?shù)過大(7~9倍)導(dǎo)致占空比D很大，使升壓的電路穩(wěn)定性受影響，故采用雙級(jí)DC/DC變換器，在提高電壓的同時(shí)，抑制輸入電流紋波，并且起到阻斷反向電流流入。其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖4所示。該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)先用Boost電路進(jìn)行升壓和穩(wěn)定，因?yàn)闅淙剂想姵氐闹荒苁鼓芰繂涡辛鲃?dòng)，之后采用隔離性變換器進(jìn)行二次升壓，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性得到保障。相比于半橋變換器，全橋變換器的圖4升壓電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)Fig.4TopologicalstructureofBoostcircuit開關(guān)管工作時(shí)開關(guān)應(yīng)力小，變壓器磁芯使用效率高，并且其功率等級(jí)相同時(shí)流過開關(guān)管的電流小一半，這些均符合本文設(shè)計(jì)的電源電流和額定功率較大的特點(diǎn)，因此選擇采用全橋隔離型變換器進(jìn)行二次升壓。DC/AC電壓型逆變器采用在直流側(cè)并聯(lián)大電容的方式進(jìn)行儲(chǔ)能，有利于控制系統(tǒng)與并網(wǎng)電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。2氫燃料電池并網(wǎng)控制2.1VSG控制技術(shù)氫燃料電池逆變器并網(wǎng)控制系統(tǒng)因輸出電壓與額定電壓之間有靜差，所以采用電壓外環(huán)、電流內(nèi)環(huán)的結(jié)構(gòu)[19-20]，圖5為VSG并網(wǎng)逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。直流電壓經(jīng)過三相全橋逆變器及LC濾波器之后，利用功率計(jì)算模塊、VSG控制模塊及電壓電流雙閉環(huán)模塊，產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)，通過PWM調(diào)制控制開關(guān)管導(dǎo)通和關(guān)斷，從而使逆變器可以模擬同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性。氫燃料電池作為直流電源只向電網(wǎng)提供有功功率，輸出的無功功率為零，故控制直流母線電壓Udc，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)有功電流的控制。其中ux(x=a,b,c)為VSG的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；Ex(x=a,b,c)為VSG的三相輸出電壓；ix

【參考文獻(xiàn)】：
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碩士論文
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本文編號(hào)：2981814