[发明专利]一种燃料电池发电装置

摘要

本发明公开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、静态开关、双向直流—直流变换器、超级电容组以及控制系统，控制系统中有两个脉动电压控制环节、两个内环电流控制环节、直流输出侧电流检测环节和超级电容电压控制环节。装置通过双向直流—直流变换器和超级电容组提供发电系统输出功率中的高频成分，同时控制直流正负母线到中点的电压，当电网不对称或发电系统三相输出功率不平衡时，有效平抑直流正负母线到中点产生的低频电压脉动，取代了传统燃料电池发电装置直流母线上大容量的电解电容，使系统的可靠性和寿命不再受电解电容的可靠性和寿命的限制，提高了发电装置的可靠性和寿命。

主权项

1.一种燃料电池发电装置，其特征是包括主电路和控制系统；主电路包括燃料电池(1)，滤波器(2)，直流-直流变换器(3)，三相四线逆变器(4)，双向直流-直流变换器(7)和超级电容组(8)，燃料电池(1)的输出经过滤波器(2)后接到直流-直流变换器(3)的输入端，直流-直流变换器(3)的输出端连接直流正负母线，三相四线逆变器(4)的输入端以及双向直流-直流变换器(7)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(7)的输入端接超级电容组(8)；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(4)侧直流母线电流idc，由电流滤波器(9)和限流器(10)组成，电流滤波器(9)的输入端连接三相四线逆变器(4)侧直流母线，电流滤波器(9)的输出端连接限流器(10)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(14)、第一脉动电压误差计算器(15)、第一脉动电压控制器(16)和第一脉动电压调节限流器(17)组成，第一脉动电压误差计算器(15)的一个输入端连接参考电压信号Vri_ref，另一个输入端与第一电压滤波器(14)的输出端相连，第一脉动电压误差计算器(15)的输出端与第一脉动电压控制器(16)的输入端相连，第一脉动电压控制器(16)的输出端与第一脉动电压调节限流器(17)的输入端相连，第一电压滤波器(14)的输入端为直流正母线电压采样端，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(18)、第二脉动电压误差计算器(19)、第二脉动电压控制器(20)和第二脉动电压调节限流器(21)组成，第二脉动电压误差计算器(19)的一个输入端连接参考电压信号Vri_ref，另一个输入端与第二电压滤波器(18)的输出端相连，第二脉动电压误差计算器(19)的输出端与第二脉动电压控制器(20)的输入端相连，第二脉动电压控制器(20)的输出端与第二脉动电压调节限流器(21)的输入端相连，第二电压滤波器(18)的输入端为直流负母线电压采样端，与直流负母线相连；-第一内环电流控制环节，用于控制双向直流一直流变换器(7)的输入电流，由第二加法器(23)、第一电流误差计算器(24)、第一电流控制器(25)和第一脉宽调制器(26)组成，第二加法器(23)的一个输入端与第一脉动电压调节限流器(17)的输出端相连，第二加法器(23)的输出端与第一电流误差计算器(24)的一个输入端相连，第一电流误差计算器(24)的另一个输入端为双向直流-直流变换器(7)输入电流采样端，与双向直流-直流变换器(7)正母线连接端相连，第一电流误差计算器(24)的输出端与第一电流控制器(25)的输入端相连，第一电流控制器(25)的输出端与第一脉宽调制器(26)的输入端相连，第一脉宽调制器(26)输出端输出脉冲驱动信号PWM1，2；-第二内环电流控制环节，用于控制双向直流-直流变换器(7)的输出电流，由第三加法器(27)、第二电流误差计算器(28)、第二电流控制器(29)和第二脉宽调制器(30)组成，第三加法器(27)的一个输入端与第二脉动电压调节限流器(21)的输出端相连，第三加法器(27)的输出端与第二电流误差计算器(28)的一个输入端相连，第二电流误差计算器(28)的另一个输入端连为双向直流-直流变换器输出电流采样端，与双向直流-直流变换器(7)的负母线连接端相连，第二电流误差计算器(28)的输出端与第二电流控制器(29)的输入端相连，第二电流控制器(29)的输出端与第二脉宽调制器(30)的输入端相连，第二脉宽调制器(30)的输出端输出脉冲驱动信号PWM3，4；-超容电压控制环节，用于超级电容组(8)的电压调节，由超容电压误差计算器(11)、超容电压控制器(12)和超容电压调节限流器(13)组成，超容电压误差计算器(11)的一个输入端连接参考电压信号VSC_ref，另一个输入端为超级电容组(8)的电压vSC采样端，与超级电容组(8)相连，超容电压误差计算器(11)的输出端与超容电压控制器(12)的输入端相连，超容电压控制器(12)的输出端与超容电压调节限流器(13)的输入端相连；-第一加法器(22)，用于两个内环电流控制环节参考电流的计算，第一加法器(22)的两个输入端分别与限流器(10)的输出端和超容电压调节限流器(13)的输出端相连，第一加法器(22)的输出端分别与第二加法器(23)的另一个输入端及第三加法器(27)的另一个输入端相连。