直流电压分布系统的控制技术方案

本公开涉及直流电压分布系统的控制。DC电压分布装备和控制DC电压分布系统的方法，该DC电压分布系统包括：DC电压母线；燃料电池，其电连接至DC电压母线；能量存储器和能量存储器转换器，其中，能量存储器转换器的输入连接至能量存储器，并且能量存储器转换器的输出连接至DC电压母线。该方法包括：为能量存储器转换器提供DC电压基准，能量存储器转换器通过从能量存储器提供电力或者向能量存储器提供电力来控制DC电压母线的电压；检测能量存储器转换器的电力流；以及基于所检测到的电力流来改变DC电压基准以改变从燃料电池获取的电力。

Control of DC voltage distribution system

【技术实现步骤摘要】
直流电压分布系统的控制
本专利技术涉及DC电压分布系统，并且特别地涉及使用燃料电池作为能源的DC电压分布系统。
技术介绍
在某些环境和使用中，已经发现DC电压分布系统是有效的结构。例如，在将电力馈送至隔离系统中的多个负载时，DC电压母线可能是合适的解决方案。在这种情况下，将DC电力从电源馈送至DC电压母线，并且使用诸如逆变器的单独的转换器设备从DC电压母线对负载进行馈送。通常DC母线电压保持固定在预设值处，除了常规发电机和/或能量存储设备之间共享的负载的小电压降以外。由于连接至DC母线的设备被设计成以一定的电压水平最佳地操作，因此通常不期望改变电压。改变DC母线电压会在某些设备例如无源滤波器中造成额外热量。无源元件中的额外热量由于来自电力转换器的电流波纹而产生。与转换器输出电压相比，DC母线电压越高，波纹电流就越大。然而，为了使电压保持稳定在固定值处，要么要求发电机以恒定电压操作，要么需要有源整流器。对于由内燃机提供动力的常规发电机，可以通过发电机励磁电流来调节端电压。这使得电压调节变得简单，而不需要额外的昂贵设备。然而，对于燃料电池，燃料电池端子上的输出电压基于燃料电池的负载而改变，并且在没有用于有源电压调节的设备例如DC至DC电力转换器情况下无法对燃料电池端子上的输出电压进行控制。由于燃料电池电压的显著改变，因此以固定电压操作的普通DC母线导致显著的缺点。通过DC至DC转换器以固定的DC母线电压操作的燃料电池的主要缺点是额外的成本和由于DC至DC转换器和电流扼流圈的过设计而导致的占用空间，以及由高频开关引起的损耗和噪声。过设计是由于需要将电力转换器设计为最大电流和最大电压两者而产生的。然而，当燃料电池以最大电流操作时，燃料电池的电压可能降至最大电压的50％。在采用燃料电池的常规系统中，DC至DC转换器用于提升燃料电池的电压。这意味着燃料电池的最大输出电压必须低于固定的DC电压。由于燃料电池输出电压在低负载下最高，因此输出电压在全功率下显著降低。因此，为了从燃料电池中获得高电力，必须利用更大的电流来补偿电压降。使用燃料电池操作的已知设备的一个问题是：DC至DC转换器由于转换器不断地操作而造成系统的损耗。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种方法和用于实现该方法的装备以克服以上问题。本专利技术的目的是通过本专利技术的方法和装备实现的。本专利技术还公开了优选实施方式。本专利技术基于采用能够使DC母线电压改变的控制系统的思想。由于该控制系统，可以使DC至DC转换器的设计相对于燃料电池的输出电压可以被制造得更优化。在该控制中，通过改变DC母线的基准电压并且使用来自能量存储器的电力控制DC电压来控制来自燃料电池的电力。本专利技术的方法和装备的优点是，可以更有效地操作燃料电池。在一定的操作范围中，燃料电池可以直接连接至DC母线，从而消除了DC至DC转换的损耗。此外，本专利技术使得能够以不同的方式对DC至DC转换器进行设计，从而提高系统的效率。根据本专利技术的实施方式，用于转换燃料电池电压的DC至DC转换器能够增加和降低来自燃料电池的电压。因此，燃料电池电压可以被设计为远高于DC至DC转换器可以仅作为升压转换器操作的情况。附图说明在下文中，将参照附图通过优选实施方式的方式更详细地描述本专利技术，在附图中，图1示出了燃料电池的特性曲线的示例；图2示出了DC电力分布系统的示例；图3示出了与燃料电池结合使用的DC至DC转换器的示例；图4示出了与装备的操作有关的电压波形的示例；以及图5示出了与本公开内容有关的适用的控制系统的示例。具体实施方式图1是典型燃料电池的特性的一般表示。图1是示出燃料电池的输出电压11相对于电池负载的相关性。当燃料电池未加载时，即，来自燃料电池的电流12为零时，燃料电池的电压处于最大值。当从燃料电池汲取电流时，电压开始相当迅速地下降。当电流处于其最大值时，燃料电池的电压下降至开路电压的约三分之二。图2示出了可变DC电压分布系统的示例。在示例中，两个燃料电池21、22用于向连接至分布系统的DC电压母线29的负载23、24产生电力。两个燃料电池使用相应的DC至DC转换器25、26连接至DC母线。图2还示出了能量存储器27，能量存储器27通过被表示为能量存储器转换器的DC至DC转换器28也连接至DC母线29。示例中的负载或消耗装置被示出为使用交流电压的负载或消耗装置，并且负载使用DC至AC转换器30、31连接至DC母线。在控制DC电压分布系统的方法中，DC电压分布系统包括DC电压母线29、电连接至DC电压母线的燃料电池21、22以及能量存储器27和能量存储器转换器28。能量存储器转换器的输入连接至能量存储器并且能量存储器转换器的输出连接至DC母线。在图2中，两个燃料电池被示出为电连接至DC电压母线，并且该电连接是通过DC至DC转换器进行的。此外，图2将DC母线示出为单个线。然而清楚的是，DC母线由通常表示为正导体和负导体的两个电导体组成。在本专利技术的方法中，为能量存储器转换器28提供DC电压基准，该能量存储器转换器通过从能量存储器提供电力或者向能量存储器提供电力来控制DC电压母线的电压。能量存储器转换器为双向DC至DC转换器。能量存储器的目的是快速地响应负载变化，使得在负载变化的开始时，将电力从能量存储器通过DC电压母线馈送至负载。当负载增加时，电压母线的DC电压降低。然而，能量存储器转换器28被设置成控制DC电压母线的电压，来自能量存储器的电力被馈送至DC电压母线，并且从而使电压保持在受控水平下。类似地，当由负载或消耗装置获取的电力降低时，DC电压母线的DC电压将增加，而无需由能量存储器转换器进行控制。因此，当DC电压增加时，能量存储器转换器将电力馈送至能量存储器，并且从而将DC电压控制为设定值。根据该方法，检测能量存储器转换器的电力流，并且基于所检测到的电力流来改变DC电压基准。DC电压基准的改变也会改变从燃料电池获取的电力量。电力流的检测优选地基于来自能量存储器的电流或者基于能量存储器的荷电水平的改变。当从能量存储器汲取电流时，能量存储器转换器将电力馈送至DC电压母线以将电压保持在设定值处。另一方面，当电流的方向朝向能量存储器时，电力从DC电压母线被馈送至能量存储器。因此，电流的方向指示DC分布系统的负载是增加还是减少。类似地，如果监测能量存储器的荷电水平，则可以检测能量存储器的电力流。如果荷电水平增加，则负载减少，并且如果荷电水平降低，则负载增加。当检测到能量存储器转换器的电力流时，改变给予能量存储器转换器的DC电压基准。当能量存储器转换器实现改变了的电压基准时，DC电压母线的DC电压改变并且这种改变导致从燃料电池获取的电力的改变。如上面提到的，燃料电池的电压决定了从燃料电池汲取的电流的量。也就是说，如果DC电压母线的DC电压降低，则来自燃料电池的电流和功率增加。类似地，如果DC电压母线的DC电压增加，则来自燃料电池的电流和功率降低。当在合适的电压范围中操作时，燃料电池D本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种控制DC电压分布系统的方法，所述DC电压分布系统包括：/nDC电压母线，/n燃料电池，其电连接至所述DC电压母线，/n能量存储器和能量存储器转换器，其中，所述能量存储器转换器的输入连接至所述能量存储器，并且所述能量存储器转换器的输出连接至所述DC电压母线，/n其中，所述方法包括：/n为所述能量存储器转换器提供DC电压基准，所述能量存储器转换器通过从所述能量存储器提供电力或者向所述能量存储器提供电力来控制所述DC电压母线的电压，/n检测所述能量存储器转换器的电力流，以及/n基于所检测到的电力流来改变所述DC电压基准以改变从所述燃料电池获取的电力。/n

【技术特征摘要】
20181029 EP 18203078.31.一种控制DC电压分布系统的方法，所述DC电压分布系统包括：
DC电压母线，
燃料电池，其电连接至所述DC电压母线，
能量存储器和能量存储器转换器，其中，所述能量存储器转换器的输入连接至所述能量存储器，并且所述能量存储器转换器的输出连接至所述DC电压母线，
其中，所述方法包括：
为所述能量存储器转换器提供DC电压基准，所述能量存储器转换器通过从所述能量存储器提供电力或者向所述能量存储器提供电力来控制所述DC电压母线的电压，
检测所述能量存储器转换器的电力流，以及
基于所检测到的电力流来改变所述DC电压基准以改变从所述燃料电池获取的电力。


2.根据权利要求1所述的方法，其中，进一步改变所述DC电压基准以对所述能量存储器进行充电。


3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述DC电压分布系统包括燃料电池转换器，其中，所述燃料电池转换器的输入连接至所述燃料电池，并且所述燃料电池转换器的输出连接至所述DC电压母线。


4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述燃料电池转换器被操作成在所述燃料电池的电压高于针对所述DC电压母线的...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿伯·哈季乌，萨米·卡内尔瓦，里基·里亚迪·尚，
申请(专利权)人：ABB瑞士股份有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH