混合发电系统中的质子交换膜燃料电池建模及其应用.pdf

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1、第40卷第12期电力系统保护与控制voI．40NO．122012年6月16日PowerSystemProtectionandControlJun．16，2012混合发电系统中的质子交换膜燃料电池建模及其应用潘文霞，陈健强，张阳，龚赞(河海大学可再生能源发电技术教育部工程研究中心，江苏南京210098)摘要：包含燃料电池的独立混合发电系统很多基础问题与传统发电系统不同，有必要开展进一步的研究。为了研究这类混合发电系统的动态特性，在考虑质子交换膜燃料电池(PEMFC)内部双层电荷层作用和热力学特性的基础上，基于RPM—SIM仿真平台建立了PEMFC动态数学模型。对由柴油发电机

2、、异步风力发电机组和PEMFC构成的小型混合发电系统进行仿真分析，为改善由于柴油发电机出力限制所导致的频率偏移问题，提出功率变换器参考功率的计算方法，利用PEMFC和电解槽作为频率调节单元，系统频率得到很大程度的改善。所做的工作可为进一步研究包括PEMFC混合发电系统的应用、运行与控制提供有益的参考。关键词：RPM—SIM；质子交换膜燃料电池；混合发电系统；频率调节ModelingofPEMFCandapplicationinhybridpowersystemPANWen—xia，CHENJian—qiang，ZHANGYang，GONGYun(ResearchCente

3、rforRenewableEnergyGenerationEngineering，MinistryofEducmion，HohaiUniversity,Nanjing210098，China)Abstract：Manybasicproblemsofisolatedhybridpowersystemincludingfuelcellsarediferentfromconventionalpowergenerationsystem，SOfurtherstudyisnecessary．Tostudythedynamiccharacteristicsofsuchhybridpow

4、ersystem，weconsiderthedouble-layerchargingeffectandthethermodTyrnamiccharacteristicinsidetheProtonExchangeMembraneFuelCells(PEMFC)．BasedonmodularsimulatorRPM—SIM，thedynamicmathematicalmodelofPEMFCissetup．Thenasmallhybridpowersystemcontainingdieselgenerato~asynchronouswindturbinegeneratoru

5、nitandPEMFCissimulated．Inordertoavoidthefrequencyshiftproblemcausedbydieselgeneratoroutputlimit,thecalculationmethodofpowerinverterreferencepowerisproposed，whichUSeSPEMFCandelectrolyzerasthefrequencycontrollingunitandsystemtoimprovethesystemfrequencysignificantly．TheproposedmethodCanprovi

6、dereferencefortheapplication，operationandcontrolofPEMFChybridpowergenerationsystem．Keywords：RPM-SIM；dynamiccharacteristics；ProtonexchangeMembranefuelcells(PEMFC)；hybridpowergenerationsystem；frequencycontrol中图分类号：TM911．42；TM619文献标识码：A文章编号：1674—3415(2012)12-0013—06量要求的电力。这种独立混合发电系统一般包括风0引言力

7、发电机光伏阵列、柴油发电机、燃料电池、蓄边疆、海岛、偏僻边远地区由于人口居住分散电池等l。和交通不便导致不能使用电网进行供电，通常采用为提高混合发电系统供电的连续性和稳定性，柴油发电机为当地提供必要的生活用电和生产用可在混合发电系统中引入质子交换膜燃料电池电，但柴油的运输和存储费用高，而且柴油发电对(PEMFC)储能系统，PEMFC以磺酸型质子交换环境也造成一定的污染。这些地方往往蕴藏着丰富膜为电解质，以氢和氧为燃料，由于受到其交换膜的可再生能源，因此因地制宜建立由可再生能源与的热特性的限制，PEMFC的运行温度比其他燃料电常