[发明专利]一种燃料电池发电装置

说明书

技术领域

本发明涉及燃料电池发电装置，尤其是无电解电容的燃料电池发电装置。

背景技术

燃料电池受到自身内部机械特性的制约，其动态响应较慢，很难满足负载 突变时的需求，且负载突变还可能导致燃料电池工作超出正常范围，影响其使 用寿命，目前的燃料电池发电装置中多使用超级电容及双向直流-直流变换器 作为辅助储能环节直接或间接并联于燃料电池的输出端，仅在负载扰动或冷启 动过程中对燃料电池起到能量缓冲的作用，虽然辅助储能环节在燃料电池发电 装置中必不可少，但它发挥的作用还比较单一。大容量燃料电池发电装置逆变 器采用三相四线结构可以兼顾并网和独立运行的要求，但当电网不对称或发电 系统三相输出功率不平衡时，直流正负母线到中点会产生低频电压脉动，传统 的燃料电池发电装置采用在正负直流母线与中点之间分别并联大容量电解电容 的方法来滤除低频电压脉动，但电解电容的使用势必会带来装置寿命和可靠性 等方面的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种长寿命、运行可靠的燃料电池发电装置。

本发明的燃料电池发电装置包括主电路和控制系统；主电路包括燃料电池， 滤波器，直流-直流变换器，三相四线逆变器，双向直流-直流变换器和超级 电容组，燃料电池的输出经过滤波器后接到直流-直流变换器的输入端，直流 -直流变换器的输出端连接直流正负母线，三相四线逆变器的输入端以及双向 直流-直流变换器的输出端共同连接直流正负母线及中点，双向直流-直流变 换器的输入端接超级电容组；

控制系统包括：

-直流输出侧电流检测环节，用于采集三相四线逆变器侧直流母线电流，由 电流滤波器和限流器组成，电流滤波器的输入端连接三相四线逆变器侧直流母 线，电流滤波器的输出端连接限流器的输入端；

-第一脉动电压控制环节，用于控制直流正母线电压，由第一电压滤波器、 第一脉动电压误差计算器、第一脉动电压控制器和第一脉动电压调节限流器) 组成，第一脉动电压误差计算器的一个输入端连接参考电压信号V_{ri_ref}，另一个 输入端与第一电压滤波器的输出端相连，第一脉动电压误差计算器的输出端与 第一脉动电压控制器的输入端相连，第一脉动电压控制器的输出端与第一脉动 电压调节限流器的输入端相连相连，第一电压滤波器的输入端为直流正母线电 压v₁采样端，与直流正母线相连；

-第二脉动电压控制环节，用于控制直流负母线电压，由第二电压滤波器、 第二脉动电压误差计算器、第二脉动电压控制器和第二脉动电压调节限流器组 成，第二脉动电压误差计算器的一个输入端连接参考电压信号V_{ri_ref}，另一个输 入端与第二电压滤波器的输出端相连，第二脉动电压误差计算器的输出端与第 二脉动电压控制器的输入端相连，第二脉动电压控制器的输出端与第二脉动电 压调节限流器的输入端相连，第二电压滤波器的输入端为直流负母线电压v₂采 样端，与直流负母线相连；

-第一内环电流控制环节，用于控制双向直流-直流变换器的输入电流，由 第二加法器、第一电流误差计算器、第一电流控制器和第一脉宽调制器组成， 第二加法器的一个输入端与第一脉动电压调节限流器的输出端相连，第二加法 器的输出端与第一电流误差计算器的一个输入端相连，第一电流误差计算器的 另一个输入端为双向直流-直流变换器输入电流i_Bi1采样端，与双向直流-直流 变换器的正母线连接端相连，第一电流误差计算器的输出端与第一电流控制器 的输入端相连，第一电流控制器的输出端与第一脉宽调制器的输入端相连，第 一脉宽调制器输出端输出脉冲驱动信号PWM_1，2；

-第二内环电流控制环节，用于控制双向直流-直流变换器的输出电流，由 第三加法器、第二电流误差计算器、第二电流控制器和第二脉宽调制器组成， 第三加法器的一个输入端与第二脉动电压调节限流器的输出端相连，第三加法 器的输出端与第二电流误差计算器的一个输入端相连，第二电流误差计算器的 另一个输入端连为双向直流-直流变换器输出电流i_Bi2采样端，与双向直流-直 流变换器负母线连接端相连，第二电流误差计算器的输出端与第二电流控制器 的输入端相连，第二电流控制器的输出端与第二脉宽调制器的输入端相连，第 二脉宽调制器的输出端输出脉冲驱动信号PWM_3，4；