[发明专利]一种燃料电池发电阵列系统的功率输出控制方法及系统

说明书

本发明公开一种燃料电池发电阵列系统的功率输出控制方法及系统，通过采集每燃料电池系统中各DC/DC电路的输出电压和电感电流信号，稳定低频纹波控制得到开关导通时间和关断时间，继而生成开关控制信号，进行DC/DC变换器的控制；控制系统包括数据采集模块，外环电压控制模块、斜率计算模块、开关控制模块和调制解调模块；首先计算电感电流在开关控制下的斜率变换，得到占空比，由调制解调模块控制开关信号，进行DC/DC变换器的控制，通过稳定低频纹波控制提高了DC/DC变换器的性能，多堆燃料电池通过并联的拓扑结构，均值电流的控制实现燃料电池阵列中各个电堆按照所需的功率输出。

技术领域

本发明属于燃料电池技术领域，特别是涉及一种燃料电池发电阵列系统的功率输出控制方法及系统。

背景技术

随着分布式发电技术的兴起，新型可再生能源日益受到人们的关注。传统的化石能源渐渐减少甚至枯竭，已经无法满足人类的日常需求。于是越来越多新的优质能源涌现，新型、清洁和可再生能源的开发利用势在必行。燃料电池是一种清洁、高效的发电装置，其作为分布式电源的重要组成部分，以其诸多优点受到广泛关注。尤其是质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell，PEMFC)具有运行温度低、噪音低、效率高、响应速度快等特点，在燃料电池中应用最为广泛，是一种极具吸引力的发电装置。燃料电池发电系统在分布式发电、车辆、轨道交通和移动设备等领域均有广泛应用。

然而将燃料电池大规模应用于轨道交通领域仍受到诸多限制，因为其单体系统功率等级不高、可靠性较低，当轨道交通车辆工况发生变化时，燃料电池系统难以满足其实时功率需求，并且燃料电池单体系统的耐久性不足。若将燃料电池系统以阵列模式进行运行，其系统的功率等级可达到要求，且系统的稳定性、耐久性得到大幅度提高，在负载功率较高时，系统的效率得到较大提高。因此有必要针对燃料电池阵列的运行特性及各个电堆的输出电流控制方法开展深入研究。

燃料电池便携式电源有非常广泛的用途，在机动车辆、移动设备和家用设备中均有应用，并且可以用于军事、空间、发电厂等。然而在许多实际的电源应用中，电源的电压等级与应用系统不匹配的问题时有发生，所以电源需要通过燃料电池直流变换器才能应用于系统中，并且燃料电池具有的缺陷包括输出特性偏软、带载能力不足等。基于以上原因，燃料电池在实际应用中，因为其特殊的输出特性，必须在输出端连接一级直流变换器，与驱动器相配合使用。传统的DC/DC电路往往采用线性技术，这种结构形式使得燃料电池系统整体效率偏低、性能受局限，且有体积大与重量重等问题。因此，DC/DC电路更加倾向于采用开关电源技术，使得DC/DC电路的效率高、性能更好、体积小、重量轻，进而提高燃料电池整体系统的效率，将其应用于多堆燃料电池系统中，有效改善整体系统的输出性能，更好的控制多套燃料电池并联拓扑结构下的输出功率等。随着开关电源技术的快速发展与革新，应用领域也越来越广泛，在整个电源领域中开关电源所占据的比重愈来愈大，将其应用于燃料电池发电阵列系统中，可有效改善多堆系统的输出特性，具有较大的研究意义与价值。

但是，现有的燃料电池发电阵列系统采用并联的拓扑结构，通过对电流进行一定的控制，可有效控制各个电堆的功率分配。采用这种电流控制技术分为谷值电流控制和峰值电流控制，谷值电流会出现电流内环不稳定的现象，峰值电流亦会出现该现象。由于存在的不稳定现象，从而影响了DC/DC电路的瞬态响应性能和稳态电压的精度。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种燃料电池发电阵列系统的功率输出控制方法及系统，不仅使得供电电压满足负载需求，也能有效提高传统电流纹波控制技术的瞬态性能，还能消除次谐波震荡等不稳定现象，从而提高燃料电池发电系统中变换器的稳态特性。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种燃料电池发电阵列系统的功率输出控制方法，包括步骤：

S100，采集DC/DC电路的输出电压和电感电流，采集燃料电池的输出电压；