《论文_光-氢转换电力变换器研究(定稿)》

《《论文_光-氢转换电力变换器研究(定稿)》》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、光•氢转换电力变换器研究于方艳蒋伟王文莫岳平(扬州人学能源与动力工程学院电气教研室江苏扬州225127)摘要：研究了用于氢电解槽的数字控制电力变换器。木研究提出了以光伏作为主要能源，以分布式方式进行氢气制备的系统架构「设计了连接光伏电池板的双相降压数字电力变换器模块，将光伏输出进行电平与功率的匹配供给氢电解椚使川。系统采川了dsPIC33F数字信号控制器实现变换器模块的电流模式控制与光伏最大功率追踪；实验结果表明，光■氢电力变换器的性能达到了预期的效果。关键词：光伏；轼气；分布式系统；电力变换器；数字控制基金项目

2、：江苏省高等学校大学牛实践创新训练计划项H作者简介：于方艳(1989-),女，江苏邳州人，学士。主要研究方向：电力电子技术及其应用。蒋伟(1980-),男,江苏扬州人，博士，硕士生导师。主要研究方向:数字电力电子技术。0引言随着能源紧缺和环境污染现状越来越严重，开发洁净的可再生资源越来越受到重视。相比与传统的化石能源，氢能量密度大、热值高，能量转换过程中无污染，是理想的未來能源载体。随着以红气为能源的质子交换膜燃料电池逐渐应川于静止发电装置与车载动力系统,氢能的优势逐渐显现⑴铁轨是宇宙屮最丰富的元素，在地球上主要

3、以碳氮化合物和水的形式存在；制氢方式主要有碳氢化合物重整和电解水两种方式，现今制氢企业主要采用碳氢化合物重整的方式制氢，凶此在传统意义上，氢气制备被认为是一种高能耗过程。太阳能取Z不尽，用Z不竭，若能高效利用太阳能分解水来制备氢气，则可以将光能转换为清洁的化学能，成为光-氢储能过程⑶。木论文提出了基于分布式供电的制氢系统架构，并对其屮关键的光伏模块化供电技术做深入的探讨，包括双相降压变换器的建模，底层数字控制系统设计，以及最人功率追踪的实现。实验结果表明，单个电力变换模块的性能达到了预期的效果。1制氢系统架构传统

4、电解水制氢工业普遍采用町控硅整流的方法获得高压肓•流电供给电解槽；而电解槽基本单元的电压较低(2V左右)，传统解决方案下必须进行多单元串联设计。由于制造过程不能保证每个单元的一致性，串联通路中任何一单元工作状态直接会影响到整个电解槽系统的性能。光伏作为仅需一次投资的免费能源，普遍以低压电池板的形式存在，可以与低压电解槽进行电平匹配。木研究屮利用太阳光伏作为输入能源，提出了直流供电网络的太阳能制氢系统架构，如图1所示。至搜集装袴分布式太阳能制氢系统主要包括三个部分：靛帚（光伏电池与储能装置）、电力变换器模块（双相降

5、斥变换储給球zl"V储氮罐"謀孤换器模块供电方式：连接光伏的模块进行光伏最翊綁5*［遶岸块以电压源形式并入直沪Z络11

6、燃料餓/氮燃料蛾/氧验环节中用直流电压源彳玄结亚田"电力电子模块翅网络；连接储能装置的模光伏电池缓冲单元（在木研究的实:條统电力电子模块j的光伏串联的高压系统可靠性设计的扰点在于分布式模块化供电，和对于I降低也解槽设冰的復杂度。电力电子模块图1分布式制氢系统架构2电力变换器模块拓扑选择与建模2.1电力变换器模块拓扑光伏电池的输出是低压直流电，可以与相应电压等级的电解杷匹配制备氢气；为了在不同光

7、照情况下保证光伏的利丿IJ率，需要使川一级dc/dc变换器跟踪不同光照下的最人功率。考虑到电解槽对供电电流纹波耐受能力以及系统的功率密度，本设计中采用如图2所示的双向降压变换器向电解槽供电。由于两路电感电流相差180度，可以得到更高频、更小的输出电流纹波；相对于单相降压变换拓扑而言，在相同输出电压纹波的情况卞，双相变换器可以选取容值偏小的固态电容碍卯变换器的彳2.2变换器建模"LX：T2控制器__zvw史用寿触Z肓D1D2(1)分别对Vs和d引入小信图3屮的莓匚麟效1由图2双相降压变换器拓扑由于双相降压变换器的

8、两相元件参数均相同，现对其屮一相进行分析。利川等效电源法,可以将二极管的端电压VD用开关函数d（d^l或0）与电源电床Vs的乘积來等效，如公式（1）Lsi所示AL.图3Buck变换器小信号等效电路兀为电解槽的小信号模型，其获取方法为：在电解槽额定工作点附近耿多点进行dv/di进行计算，并做平均，求得基于任意静态工作点的等效电阻。算得电解杷在额定电压电流下的等效串联电阻Re.为0.14欧姆。若要将光伏功率以电流源形式并入直流网络，需要控制双相变换器的输出电流，所以系统的控制对象为占空比对电感电流的传递函数，山图3不

9、难求出控制对象G⑶如公式(2)所示。讹)一一Vs(RC$+l)(2)【字控制系统设计单路木地电流控制系统框图如图4所示，其屮，何是给定参考信号，Y(s)是反馈信号,E(s)是谋差信号，C⑸是控制器传递函数，G⑶是控制对输出电流的传递函数，H⑸是传感器反馈网络的传递函数双路闭环的系统。即(于第三商电流，采用潭同的控制器紬构与参考值，形成一•个并行+巳'►C(s)►G(s)►