【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于并网切换控制，尤其涉及一种面向多场景应用的燃料电池系统并网切换控制方法。
技术介绍
1、随着多源微网的不断发展以及环境问题日益突出，迫切需要一种高效、清洁能源替代传统能源，因此，质子交换膜燃料电池技术应运而生。质子交换膜燃料电池(protonexchange membrane fuel cell,pemfc，即燃料电池)作为一种能源转换技术，具有高能量密度、清洁环保以及高效能利用等优点，相比传统的储能发电方式，燃料电池能够将化学能直接转化为电能，而不需要通过燃烧过程产生热再转换为机械能，在能量利用上更加高效，且生成物仅有水，无有害排救物质的排放，同时燃料电池并网后可以在电网需要时提供额外的电力输出，缓解电网负荷峰值压力，且具有较低的电压波动和更稳定的频率特性，有助于提高电网的电能质量。因此被广泛应用于微网发电系统中，但由于燃料电池在并网过程中受到储氢量、电压质量以及网侧状态等影响，因此，如何实现燃料电池在不同运行场景下稳定并网发电成为解决问题的关键。
2、随着控制技术的发展，燃料电池并网控制策略根据网侧电源强弱可采用跟网型控制与构网型控制，跟网型控制稳定性强、设计简便而普遍适用，但其过度依赖公共电网，控制系统较为复杂，构网型控制独立稳定性好、使用灵活不依赖公共电网，但系统设计及成本较高，需要自治能力，在构网型控制中根据直流侧电源工作状态分为多种并网模式，并且燃料电池发电质量又受到自身进氢量以及dc-dc变换器控制的影响。
3、因此，提出一种面向多场景应用的燃料电池系统并网切换控制方法，来解决
技术实现思路
1、本专利技术提出一种面向多场景应用的燃料电池系统并网切换控制方法，考虑燃料电池系统的多种运行状态以及电网侧电能质量，结合跟网型控制以及构网型控制，采用多模式切换控制方式，使燃料电池系统在不同工况下采用对应工作模式，提升燃料电池系统并网稳定性。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、一种面向多场景应用的燃料电池系统并网切换控制方法，包括以下步骤：
4、s1：根据燃料电池、储氢罐、dc-dc控制器、并网控制器、负载、电网建立燃料电池系统并网模型；
5、s2：设置dc-dc控制器电路中第一电容c1和第二电容c2的电容值、电感l1、电感l的电感值以及负载r的阻值、直流母线处额定电压ude的电压值、交流电网额定电压use的电压值；采集储氢罐氢各项参数得出储氢罐氢含量状态soh、第二电容c2两端电压ud，电网每相电压ua、ub、uc，每相电流ia、ib、ic，燃料电池各项参数；
6、s3：将s2采集的所有数据送入并网控制器，由并网控制器通过svpwm生成控制信号控制开关管的开通，当并网控制器中压力传感器得到的储氢罐氢含量状态soh小于第一预设值时，氢气量较低，供氢量过低，燃料电池无法正常工作，燃料电池系统停止并网；反之，当储氢罐氢含量状态soh大于第一预设值时，燃料电池系统供氢状态正常，燃料电池正常工作，进入s4；
7、s4：对电网工作状态判断，将s2采集得到的电网电压为us，电网电流为is；当us＝0时，电网出现故障，此时断开电网进行工作，采用构网型控制使系统形成独立微网状态运行，进入s5；反之，当us≠0时，定义交流电压波动范围在第二预设值以内为稳定运行状态，采集交流母线电压us，当|100％×(us-use)/use|大于第二预设值时，此时交流电压波动率较大，即电网能量不强，此时采用构网型控制控制系统稳定运行，进入s5；当|100％×(us-use)/use|小于第二预设值时，此时交流电压波动率较小，即电网能量强，采用跟网型控制；
8、s5：定义直流电压波动范围在第三预设值以内为稳定运行状态，采集直流输出电压ud，当|100％×(ud-ude)/ude|大于第三预设值时，此时直流电压波动率较大，即直流侧输出电压不为恒压源，即采用构网型控制中的直流电压同步控制，即匹配控制；当|100％×(ud-ude)/ude|小于第三预设值时，此时电压波动率较小，直流侧输出电压是恒压源，即采用构网型控制中有功功率同步型控制，即虚拟同步发电机控制。
9、上述的方法，可选的，s1中燃料电池模型具体如下：
10、
11、式中，vnernst为燃料电池能斯特电压；vact为燃料电池活化电压；vohm为燃料电池欧姆电压；vcon为燃料电池浓差电压；r为燃料电池电池内阻；分别为相应氢、氧的压力；t是燃料电池电解温度；i为燃料电池电流；ilim为燃料电池极限电流；为氧气浓度。
12、上述的方法，可选的，s1中储氢罐压力模型具体如下：
13、
14、式中，为储氢罐中储氢量；是电解槽氢气流速；为t0时刻储氢罐氢气量；ps为储氢罐压强；ps,max为储氢罐最大压强；r为气体常数；ts为储氢罐温度；vs为储氢罐体积；soh为储氢罐氢含量储存状态。
15、上述的方法，可选的，s5中所述的匹配控制通过采集第二电容c2两端电压代替同步发电机的转子的作用，实现功率电压同步，直流输出电压ud即第二电容c2两端电压，直流输出电压ud乘以电压匹配系数η得到参考电压信号uref，直流输出电压ud乘以相位匹配系数μ得到参考频率w，参考频率w通过积分得到参考相位θ，将参考电压uref与参考相位θ输入电压电流双环控制中产生d轴参考电压udref与q轴参考电压uqref，将d轴参考电压udref与q轴参考电压uqref送至svpwm中产生控制信号控制作用于全桥逆变桥，控制结束。
16、上述的方法，可选的，s5中所述的虚拟同步发电机控制本质上是模拟了同步发电机运行的动态过程，即有功-频率控制与无功-电压控制，设定系统所需有功功率额定值pe与无功功率额定值qe，采集得到电网电压为us，电网电流为is，通过功率计算器得到并网过程电网侧的有功功率ps与无功功率qs，有功-频率控制方程为其中，j为虚拟转动惯量，d为阻尼系数，wref为参考频率，w为计算频率，为频率变化率，通过对计算频率积分得到参考相位θ，无功-电压控制将设定电网电压use与电网电压的us求差，将差值乘以无功-电压调整系数ku得到调整无功δq，无功功率额定值qe与电网侧无功功率qs求差之后加上调整无功δq的值通过积分控制器(1/s)再乘以积分系数k得到参考电压uref，将参考电压uref与参考相位θ输入电压电流双环控制中产生d轴参考电压udref与q轴参考电压uqref，将d轴参考电压udref与q轴参考电压uqref送至svpwm中产生控制信号控制作用于全桥逆变桥，控制结束。
17、上述的方法，可选的，s4中所述跟网型控制由功率控制外环与电压电流双环控制组成，具体步骤如下：设定系统所需有功功率额定值pe与无功功率额定值qe，采集得到电网电压为us，电网电流为is，通过功率计算器得到并网过程电网侧的有功功率ps与无功功率qs，将有功功本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种面向多场景应用的燃料电池系统并网切换控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种面向多场景应用的燃料电池系统并网切换控制方法，其特征在于，S1中燃料电池模型具体如下：
3.根据权利要求1所述的一种面向多场景应用的燃料电池系统并网切换控制方法，其特征在于，S1中储氢罐压力模型具体如下：
4.根据权利要求1所述的一种面向多场景应用的燃料电池系统并网切换控制方法，其特征在于，S5中所述的匹配控制通过采集第二电容C2两端电压代替同步发电机的转子的作用，实现功率电压同步，直流输出电压UD即第二电容C2两端电压，直流输出电压UD乘以电压匹配系数η得到参考电压信号Uref，直流输出电压UD乘以相位匹配系数μ得到参考频率w，参考频率w通过积分得到参考相位θ，将参考电压Uref与参考相位θ输入电压电流双环控制中产生d轴参考电压Udref与q轴参考电压Uqref，将d轴参考电压Udref与q轴参考电压Uqref送至SVPWM中产生控制信号控制作用于全桥逆变桥，控制结束。
5.根据权利要求1所述的一种面向多场景应用的燃料电池
6.根据权利要求1所述的一种面向多场景应用的燃料电池系统并网切换控制方法，其特征在于，S4中所述跟网型控制由功率控制外环与电压电流双环控制组成，具体步骤如下：设定系统所需有功功率额定值PE与无功功率额定值QE，采集得到电网电压为Us，电网电流为Is，通过功率计算器得到并网过程电网侧的有功功率PS与无功功率QS，将有功功率与无功功率经过低通滤波器得到滤波后的有功功率PS*与无功功率QS*，将有功功率额定值PE与有功功率PS*求差，将差值乘以有功下垂系数KP得到有功频率偏差Δw，有功频率偏差Δw加上参考角频率wref再积分得到参考相位θ，将无功功率额定值QE与无功功率QS*求差，将差值乘以无功下垂系数KQ得到电压偏差ΔU，电压偏差加上设定电压USE得到参考电压Uref，将参考电压Uref与参考相位θ输入电压电流双环控制中产生d轴参考电压Udref与q轴参考电压Uqref，将d轴参考电压Udref与q轴参考电压Uqref送至SVPWM中产生控制信号控制作用于全桥逆变桥，控制结束。
...【技术特征摘要】
1.一种面向多场景应用的燃料电池系统并网切换控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种面向多场景应用的燃料电池系统并网切换控制方法，其特征在于，s1中燃料电池模型具体如下：
3.根据权利要求1所述的一种面向多场景应用的燃料电池系统并网切换控制方法，其特征在于，s1中储氢罐压力模型具体如下：
4.根据权利要求1所述的一种面向多场景应用的燃料电池系统并网切换控制方法，其特征在于，s5中所述的匹配控制通过采集第二电容c2两端电压代替同步发电机的转子的作用，实现功率电压同步，直流输出电压ud即第二电容c2两端电压，直流输出电压ud乘以电压匹配系数η得到参考电压信号uref，直流输出电压ud乘以相位匹配系数μ得到参考频率w，参考频率w通过积分得到参考相位θ，将参考电压uref与参考相位θ输入电压电流双环控制中产生d轴参考电压udref与q轴参考电压uqref，将d轴参考电压udref与q轴参考电压uqref送至svpwm中产生控制信号控制作用于全桥逆变桥，控制结束。
5.根据权利要求1所述的一种面向多场景应用的燃料电池系统并网切换控制方法，其特征在于，s5中所述的虚拟同步发电机控制本质上是模拟了同步发电机运行的动态过程，即有功-频率控制与无功-电压控制，设定系统所需有功功率额定值pe与无功功率额定值qe，采集得到电网电压为us，电网电流为is，通过功率计算器得到并网过程电网侧的有功功率ps与无功功率qs，有功-频率控制方程为其中，j为虚拟转动惯量，d为阻尼系数，wref为参考频率，w为计算频率，为频率变...
【专利技术属性】
技术研发人员：李建林，赵文鼎，梁策，
申请(专利权)人：北京联智汇能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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