氢光联合供电系统的能量管理

新能源发电是解决能源危机和环境污染问题的重要途径,将多种新能源发电形式结合起来组成新能源联合供电系统向负载供电,并且对这些能源进行合理的功率分配,能够提高系统的稳定性和灵活性,实现能源的优化利用。 太阳能光伏发电因其清洁、资源无限等诸多优点成为世界研究的热点,燃料电池发电作为一种清洁发电技术,很适合作为太阳能的后备能源以弥补太阳能受天气条件限制的缺点。本文将光伏发电和燃料电池发电结合起来,提出了一种基于双输入Buck变换器的氢光联合供电系统,该系统由太阳能电池、燃料电池和双输入Buck变换器组成。 为了对太阳能电池和燃料电池进行合理的利用,就需要了解它们的输出特性。本文介绍了太阳能电池和燃料电池的工作原理及其输出特性,对它们进行了数学建模,并在Saber仿真软件中搭建了相应的仿真模型。在此基础上,利用Saber仿真软件中的自定义模型模块分别建立了它们的查表型仿真模型,在保持模型准确性的前提下可以加快仿真的速度,为理论分析和仿真验证奠定了基础。 由于太阳能为可再生能源,因此应尽量多地利用太阳能电池的输出功率。太阳能电池的输出功率存在最大功率点,它随太阳光强和环境温度变化而变化,因此需要对太阳能电池进行最大功率点跟踪。本文提出了一种基于双输入Buck变换器的氢光联合供电系统的能量管理控制策略,当太阳能电池最大输出功率小于负载功率时,实现其最大功率点跟踪,燃料电池提供不足的功率;在太阳能电池最大输出功率大于负载功率时,使其仅输出负载功率,此时燃料电池不工作;在夜晚或光照不足时,太阳能电池不工作,由燃料电池提供负载功率。也就是说,该系统有三种工作模式,即太阳能电池和燃料电池同时供电、太阳能电池单独供电、燃料电池单独供电。针对这三种工作模式,本文建立了双输入Buck变换器的小信号电路模型,结合所提出的能量管理策略,建立了三种工作模式下联合供电系统的小信号数学模型。提出了一种有效的电流调节器和电压调节器的设计方法,所设计的调节器可以保证联合供电系统在三种工作模式下均能稳定地工作。 为了验证所提出的联合供电系统的能量管理控制策略和闭环设计方法,本文设计了一个750W的氢光联合供电系统,对双输入Buck变换器的主电路参数进行了设计。利用所建立的太阳能电池和燃料电池查表型仿真模型,在Saber仿真软件中搭建了一个氢光联合供电系统的仿真模型,并进行了仿真验证。在实验室完成了一台原理样机,进一步进行了实验验证。仿真和实验结果均表明双输入Buck变换器的工作原理是正确的,所提出的系统能量管理策略和闭环设计方法是有效的。