文档介绍：分布式发电中燃料电池并网的建模及其仿真
    程站立,陈维荣,戴朝华,李艳昆,刘小强
    (,成都610031)
    摘要:针对燃料电池通过逆变器并网产生大量谐波的问题,提出在燃料电池并网前加设一个谐波滤除装置,以达到减少燃料电池并网对电力系统的谐波污染的目的。通过Matlab/Simulink仿真软件建立了包含燃料电池,变频器,滤波器以及变压器的并网仿真模型,利用脉宽调制(PWM)技术控制变频器的占空比实现了对燃料电池输出电压的控制,经过滤波后通过变压器并入电网,有效地减少了燃料电池并网带来的谐波污染,提高了电能质量。仿真结果表明,该燃料电池并网模型结构简单,动态特性良好,为实现燃料电池安全高效地并入电网提供了理论和方法参考。
    关键词:燃料电池;变频器;滤波器;变压器;并网;建模仿真
    中图分类号:TM911 文献标志码:A 文章编号:1003-8930(2011)06-0051-06
    近几年,智能电网已成为世界各国电力业界的热门话题和研究热点,特别是美国政府将建设智能电网列为其经济振兴计划的主要内容后,在全世界范围内掀起了研究智能电网的热潮。而分布式发电技术作为智能电网建设的重要组成部分,其技术研究发展水平是发展智能电网的关键所在[1]。
    分布式发电DG(distributed generation),又称分散式发电或分布式供能。一般指将相对小型的发电装置分散布置在用户(负荷)现场或用户附近的发电方式,主要包括内燃机、微型燃气轮机、燃料电池、太阳能发电的光伏电池和风力发电等,其容量一般为数kW到几十MW[2]。在众多分布式发电技术中,燃料电池具有高效、清洁、动态响应好等优点,是继火电、水电、核电后的第四代发电方式,受到了世界各国的高度重视。作为第四代发电方式典型代 表的质子交换膜 燃料 电 池PEMFC(protonexchange membrane fuel cell)具有工作温度低、能量转化效率高、对环境污染小等特点,适用于家用、小型商用和需要高品质电能的场所[3]。美国通用电气公司已经实现了7kW住宅用PEMFC发电系统的商品化;Edison国际公司已成功开发250kW的PEMFC与燃气轮机的联合发电系统;德国和法国的5家电力公司在柏林联手建设了欧洲第一个250kW的质子交换膜燃料电池发电站,目前各项运行指标良好[3,4]。虽然燃料电池等分布式电源的大量并网提高了电力系统的可靠性和安全性,减少了环境污染,但是也带来了对电网的谐波污染问题。由于谐波污染会引起了正弦电压波形畸变,破坏线路的稳定运行,影响电网的质量进而威胁电力设备的运行安全,因此必须对燃料电池并网产生的谐波进行滤除以保证电网质量,提高电网稳定性[5]。本文在分析PEMFC工作原理的基础上建立了PEMFC并网的数学模型,然后通过变频器将燃料电池输出的直流电压转变成三相交流电压,经过滤除谐波后最后实现了燃料电池并网运行。
    1 PEMFC的建模
     PEMFC的工作原理
    PEMFC是一种通过化学反应能够将化学能直接转变为电能的电化学装置。阳极催化层中的氢气在催化剂的作用下发生电离反应变成氢离子,空气或氧气送入电池阴极,负氧离子通过两电极间离子导电的电解质到达阳极与氢