一种减少输入燃料电池低频电流纹波的功率变换系统技术方案

本发明专利技术涉及一种减少输入燃料电池低频电流纹波的功率变换系统，包括燃料电池、输入保护开关、升压电路、桥式整流电路、逆变电路、输出保护开关和负载；输入保护开关分别与燃料电池、升压电路连接，桥式整流电路分别与升压电路、逆变电路连接，输出保护开关分别与逆变电路、负载连接，所述升压电路包括LC滤波电路和有源钳位推挽式电路，所述逆变电路为半桥式逆变电路，本发明专利技术与常规功率变换系统相比，本功率变换系统加入有源钳位推挽式电路、桥式整流电路和半桥式逆变电路，有利于减少输入低频电流纹波对燃料电池的影响，提高燃料电池使用寿命和功率变换效率，本发明专利技术不仅适合燃料电池功率调节系统，也适用于其他新能源的发电系统。

【技术实现步骤摘要】
一种减少输入燃料电池低频电流纹波的功率变换系统
本专利技术涉及一种减少燃料电池低频电流纹波的功率变换系统，属于新能源燃料电池发电技术、电力电子技术和控制

技术介绍
能源是人类活动的物质基础，为人类的的生产和生活提供各种能力和动力的物质资源，也是国民经济发展的重要命脉。在过去的两百年中，化石燃料的使用满足了世界80％的能源需求，以煤炭、石油为主的化石燃料作为工业部门的主要能源来源被大量使用，但是持续使用化石燃料存在着两个最严重的问题，第一个问题是化石能源供应有限，随着人类的不断开采，化石能源的枯竭是不可避免的，大部分化石能源本世纪将被开采殆尽。第二个问题是化石能源的利用是造成环境变化与污染的关键因素。空气污染严重、酸雨腐蚀、温室效应导致全球气候变暖等环境问题愈发严重，科学家已经发现化石能源的大量消耗和废物废气的任意排放，特别是煤炭的使用带来大量的二氧化碳和烟尘的排放是造成环境恶劣的主要因素。为了人类可持续发展，迅速开发以低能消耗和低污染为主要特征的低碳经济成为各国共识。自20世纪下半叶以来，随着世界各国对能源紧缺和环境问题的重视，越来越多的国家都大力发展新能源发电技术，如太阳能光伏发电、大型水电站发电、风机发电、潮汐能发电、地热能发电、和生物质能发电等。而太阳能、风能等新能源的随机性、间歇性带来的缺陷促使人们寻找一种更安全、可靠、清洁、高效的可再生能源。氢能作为一种可再生的清洁能源，产物为水，无污染性引起了人们的关注。氢能可以与太阳能、风能形成资源互补，在太阳能和风能过剩的时候电解水制取氢气，将能量储存起来以供太阳能或风能缺少的时候使用。氢能的利用形式主要有两种，一是将氢与天然气一样，直接燃烧，将氢能转化为热能；二是通过先进的发电装置，如燃料电池，将氢能转化为电能。燃料电池发电与常规发电模式相比，最大的优点在于它能源转化效率高、无污染、无噪音等。因此它不仅可以替代常规发电系统，还可以作为移动电源，如汽车的动力源、便携式移动电源等，大大降低环境污染。功率变换系统是实现燃料电池与负载之间、市电电网之间能量的传递与转换的关键环节。功率变换系统的作用是当燃料电池输出电能后，能始终以尽可能高的效率、安全、可靠等要求将燃料电池输出的直流电转化成负载所需的电能或并网发电。功率变换系统的设计开发，需要考虑的技术问题是：第一，当燃料电池作为发电来源时，不同于普通电池工作原理，燃料电池是一种将燃料中的化学能直接转化为直流电的电化学能量装置，是一种输出电压低，电流较大的直流电源，不太符合直接给负载供电的要求，因此需要将燃料电池进行升压至合理范围，以满足负载使用。第二，在满足负载使用后，由于燃料电池的工作状态、工作压力、温度、反应物流量、反应物湿度、电流纹波等工作条件都会影响燃料电池本身输出特性和寿命，电池外特性较软，因此除了让燃料电池正常工作在合适的温度、湿度、压力、流量等条件下，还应当尽可能提高燃料电池的使用效率和使用寿命，研究表明，输入低频电流纹波对燃料电池的输出电压、燃料利用率和使用寿命有很大的影响。为提高燃料电池发电系统的寿命，应当减少输入低频电流纹波对燃料电池本身的伤害。因此，设计一种满足上述技术要求的体积小、成本低，功耗低、效率高、安全可靠性高、使用寿命长且能大幅度减少输入燃料电池的低频电流纹波的功率变换系统，并采用先进的控制技术是发展趋势。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种减少输入燃料电池低频电流纹波的功率变换系统，具体提供一种将燃料电池产生的直流电通过功率变换系统，转换成供负载使用的交流电或并网发电，它适用于燃料电池发电系统，针对现有燃料电池功率变换系统输出低频电流纹波较高，减少低频电流纹波对燃料电池本身寿命和功率等影响，同时具备、成本低，功耗低、效率高、安全可靠性高、使用寿命长等特点。本专利技术通过以下的技术方案予以实现：一种减少输入燃料电池低频电流纹波的功率变换系统，包括燃料电池、输入保护开关、升压电路、桥式整流电路、逆变电路、输出保护开关和负载；输入保护开关分别与燃料电池、升压电路连接，桥式整流电路分别与升压电路、逆变电路连接，输出保护开关分别与逆变电路、负载连接。所述输入保护开关包括第一可控硅SCR1，所述升压电路包括LC滤波电路和有源钳位推挽式电路，所述LC滤波电路包括第一电解电容C1、第一电感L1，所述有源钳位推挽式电路包括高频变压器T1、第一功率管S1、第二功率管S2、第三功率管S3、第四功率管S4、第二电容C2、第三电容C3；所述第一可控硅SCR1的阳极连接燃料电池的正极，所述燃料电池的负极接地，所述升压电路的第一电解电容C1的正极端与第一电感L1的一端连接后再与第一可控硅SCR1的阴极连接，所述第一电解电容C1的负极端接地，所述第一电感L1的另一端与高频变压器T1的原边绕组中心抽头连接，所述第一功率管S1的集极和第三功率管S3的射极分别与高频变压器T1原边绕组N1的同名端连接，所述第三功率管S3的集极与第二电容C2的一端连接，所述第二电容C2的另一端与第一功率管S1的射极连接后再接地，所述所述第二功率管S2的集极和第四功率管S4的射极分别与高频变压器T1原边绕组N1的非同名端连接，所述第四功率管S4的集极与第三电容C3的一端连接，所述第三电容C3的另一端与第二功率管S2的射极连接后再接地。所述桥式整流电路包括第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第二电感L2、第三电感L3、第四电解电容C4、第五电解电容C5，所述逆变电路50包括第五功率管S5、第六功率管S6、第四电感L4、第六电容C6，所述输出保护开关60包括第二可控硅SCR2，所述负载70包括负载RL；所述桥式整流电路的第一二极管D1的阳极和第二二极管D2的阴极分别与高频变压器T1的副边绕组N2同名端连接，所述第三二极管D3的阳极和第四二极管D4的阴极分别与高频变压器T1的副边绕组N2非同名端连接，所述第三二极管D3的阴极与第一二极管D1的阴极连接后再与第二电感L2的一端连接，所述第二二极管D2的阳极与第四二极管D4的阳极连接后再与第三电感L3的一端连接，所述第四电解电容C4的正极端与第二电感L2的另一端连接，所述第五电解电容C5的负极端与第三电感L3的另一端连接，所述第四电解电容C4的负极端和第五电解电容C5的正极端连接然后再与高频变压器T1的副边绕组中心抽头连接组成N零线端，所述第四电解电容C4的正极端输出正的直流电压，所述第五电解电容C5的负极端输出负的直流电压；所述逆变电路的第五功率管S5的集极与桥式整流电路的第四电解电容C4的正极端连接，所述第六功率管S6的射极与桥式整流电路的第五电解电容C5的负极端连接，所述第五功率管S5的射极和第六功率管S6的集极分别与第四电感L4的一端连接，所述第六电容C6的一端与所述第四电感L4的另一端连接，所述第六电容C6的另一端与桥式整流电路的N零线端连接；所述输出保护开关的第二可控硅SCR2的阳极与所述第四电感L4的另一端连接，所述第二可控硅SCR2的阴极与负载RL的一端连接，所述负载RL的另一端与桥式整流电路的N零线端连接。所述第一功率管S1、第二功率管S2、第三功率管S3、第四功率管S4均采用MOSFET功率开关管且第三功率管S3和第四功率管S4为零本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种减少输入燃料电池低频电流纹波的功率变换系统，其特征在于，包括燃料电池(10)、输入保护开关(20)、升压电路(30)、桥式整流电路(40)、逆变电路(50)、输出保护开关(60)和负载(70)；所述输入保护开关(20)分别与燃料电池(10)、升压电路(30)连接，所述桥式整流电路(40)分别与升压电路(30)、逆变电路(50)连接，所述输出保护开关(60)分别与逆变电路(50)、负载(70)连接。

【技术特征摘要】
1.一种减少输入燃料电池低频电流纹波的功率变换系统，其特征在于，包括燃料电池(10)、输入保护开关(20)、升压电路(30)、桥式整流电路(40)、逆变电路(50)、输出保护开关(60)和负载(70)；所述输入保护开关(20)分别与燃料电池(10)、升压电路(30)连接，所述桥式整流电路(40)分别与升压电路(30)、逆变电路(50)连接，所述输出保护开关(60)分别与逆变电路(50)、负载(70)连接。2.根据权利要求1所述的减少输入燃料电池低频电流纹波的功率变换系统，其特征在于：所述输入保护开关(20)包括第一可控硅(SCR1)，所述升压电路(30)包括LC滤波电路和有源钳位推挽式电路，所述LC滤波电路包括第一电解电容(C1)、第一电感(L1)，所述有源钳位推挽式电路包括高频变压器(T1)、第一功率管(S1)、第二功率管(S2)、第三功率管(S3)、第四功率管(S4)、第二电容(C2)、第三电容(C3)；所述第一可控硅(SCR1)的阳极连接燃料电池(10)的正极，所述燃料电池(10)的负极接地，所述升压电路(30)的第一电解电容(C1)的正极端与第一电感(L1)的一端连接后再与第一可控硅(SCR1)的阴极连接，所述第一电解电容(C1)的负极端接地，所述第一电感(L1)的另一端与高频变压器(T1)的原边绕组中心抽头连接，所述第一功率管(S1)的集极和第三功率管(S3)的射极分别与高频变压器(T1)原边绕组N1的同名端连接，所述第三功率管(S3)的集极与第二电容(C2)的一端连接，所述第二电容(C2)的另一端与第一功率管(S1)的射极连接后再接地，所述所述第二功率管(S2)的集极和第四功率管(S4)的射极分别与高频变压器(T1)原边绕组N1的非同名端连接，所述第四功率管(S4)的集极与第三电容(C3)的一端连接，所述第三电容(C3)的另一端与第二功率管(S2)的射极连接后再接地。3.根据权利要求1所述的减少输入燃料电池低频电流纹波的功率变换系统，其特征在于：所述桥式整流电路(40)包括第一二极管(D1)、第二二极管(D2)、第三二极管(D3)、第四二极管(D4)、第二电感(L2)、第三电感(L3)、第四电解电容(C4)、第五电解电容(C5)，所述逆变电路(50)包括第五功率管(S5)、第六功率管(S6)、第四电感(L4)、第六电容(C6)，所述输...

【专利技术属性】
技术研发人员：詹跃东，朱小清，陈晶，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：云南,53