一种氢燃料电池发电并网稳态控制方法技术

本发明专利技术公开了一种氢燃料电池发电并网稳态控制方法，该方法为：氢燃料电池在连接至现有电网前对并网变压器进行励磁，励磁所需的能量由氢燃料发电系统的直流母线提供；采用两个电能检测模块对电压、相位、相角对并网变压器前端及发电逆变器输出端的相应电参数进行采样，与逆变器及氢燃料发电系统发电电参量进行比较，根据计算结果控制发电及逆变相应数据，并给并网变压器进行励磁。本发明专利技术通过稳态闭环并网控制，在小量成本增加的前提下，对氢燃料发电做为辅助发电、应急电源发电、微电网多能发电、新型电力系统的多能互补、并/离网及孤网运行时，无冲击补/离网、稳态运行并能调整电网电压、频率、功率因素等。功率因素等。功率因素等。

【技术实现步骤摘要】
一种氢燃料电池发电并网稳态控制方法


[0001]本专利技术涉及一种氢燃料电池发电并网稳态控制方法，属于氢燃料电池发电并网控制


技术介绍

[0002]当变压器作为发电系统的一部分、和发电系统同时接入电网时，始终需要事先给变压器励磁。若不给变压器励磁，在闭合断路器时会涌入非常大的变压器接通电流，这种电流可能会导致对电网的有害干扰。
[0003]在通过断路器将发电系统与电网连接前，根据电网对电压幅值、频率及角位置进行调整(同步)。这样便可以改善发电系统在入网点上的运行特性，并可借助专用的负序电流闭环控制针对性地对不对称的电流进行调节。
[0004]在电网正常运行时，氢燃料发电系统向电网注入合格的正弦电压及电流。同时，氢燃料发电系统作为电网中的一个独立发电系统，可能直接稳态控制微电网的电压与频率，而不是直流母线和无功电流，通过独特的孤网稳态算法，还可控制孤网的稳态运行。电能质量符合EN50160及IEEE519标准要求。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题是：提供一种氢燃料电池发电并网稳态控制方法，以解决上述现有技术中存在的问题。
[0006]本专利技术采取的技术方案为：一种氢燃料电池发电并网稳态控制方法，该方法为：氢燃料电池在连接至现有电网前对并网变压器进行励磁，励磁所需的能量由氢燃料发电系统的直流母线提供；采用两个电能检测模块对电压、相位、相角对并网变压器前端及发电逆变器输出端的相应电参数进行采样，与逆变器及氢燃料发电系统发电电参量进行比较，根据计算结果控制发电及逆变相应数据，并给并网变压器进行励磁。
[0007]电网系统满足条件：X>>R，X是系统的电抗，R是系统的电阻。
[0008]对逆变器输出电压的频率f稳态和幅值U稳态而言，采用下列稳态特性曲线：
[0009]f
稳态
(t)＝f0
‑
k
f
p(t)，其中f0为空运行频率；频率特性曲线斜率k
f
，p(t)表示逆变器输出的有功功率；
[0010]U
稳态
(t)＝U0‑
k
U
ib(t)，其中U0为空运行电压，ib(t)为无功电流，电压特性曲线斜率k
U
。
[0011]频率f稳态和幅值U稳态控制过程中的输入参量的控制时均采用到电网黑启动模块、孤岛电网同步模块、电流/电压源运行切换模块得到得数据融合进行控制。
[0012]借助对稳态输出进行平滑来对旋转机器的特性进行模仿，从而在自发电机和逆变器混合发电的情况下实现稳定的稳态电网形成，以及在电网中存在负载跃变的情况下实现所期望的过渡特性。频率轴中的时间常量Tf1与发电机的机械惯量相对应，Tf1越大，负载跃变开始时的频率变化就越小，必须首先提供给逆变器系统的功率就越多，快速附加稳态控
制Tf2可实现临时的频率变化；借助用于电压轴的时间TU，逆变器系统能够对孤岛电网中的发电机电感进行调整，下级电压控制器用于确保连接端子上的电压幅值的稳态精度，以及对逆变器发电系统的阻抗进行补偿。
[0013]在电网运行系统中，电流由负载决定，谐波相关电流(例如基于非线性用电设备)在逆变器和电网连接点之间产生相应的电压降，可借助对输出电压的谐波闭环控制来减小该电压降，直流分量控制器以与上述方案并行的方式对相电压中可能存在的故障直流分量进行抑制。
[0014]本专利技术的有益效果：与现有技术相比，本专利技术通过稳态闭环并网控制，在小量成本增加的前提下，对氢燃料发电做为辅助发电、应急电源发电、微电网多能发电、新型电力系统的多能互补、并/离网及孤网运行时，无冲击补/离网、稳态运行并能调整电网电压、频率、功率因素等，同时还能通过黑启动功能协助电网控制系统快速恢复区域性电网供电，对于新型多能电网的发展及稳态运行提供有利支撑。
附图说明
[0015]图1是本专利技术的原理结构示意图；
[0016]图2是频率稳态控制图；
[0017]图3是电压稳态控制图。
具体实施方式
[0018]下面结合附图及具体的实施例对本专利技术进行进一步介绍。
[0019]实施例1：如图1
‑
3所示，电网主路包括氢能源连接到逆变器，逆变器连接到滤波模块，滤波模块连接到并网变压器，并网变压器连接到孤岛电网模块，孤岛电网模块连接到外部电网，逆变器连接有PWM调制器和快速电流控制器，PWM调制器和快速电流控制器连接到角度计算模块和U电网控制模块，角度计算模块连接到阻尼稳态模块，阻尼稳态模块和频率稳态控制模块、电网黑启动模块，频率稳态控制模块连接到孤岛电网同步模块、电流/电压源运行切换模块，U电网控制模块连接到电网黑启动模块、电压稳态控制模块，电压稳态控制模块连接到孤岛电网同步模块、电流/电压源运行切换模块，孤岛电网同步模块采集主电路中孤岛电网的输入输出的对应参量(电压、相位、相角)，计算后得到控制频率f0s和控制电压U0s，电流/电压源运行切换模块采集并网变压器前端和自身后端的的对应参量(电压、相位、相角)，计算后得到控制频率f0R和U0R，该两个参量分别控制频率f0s和控制电压U0S进行融合得到值分别输入频率稳态控制模块和电压稳态控制模块，频率稳态控制模块和电压稳态控制模块再分别输入的频率控制值p和无功电流控制值ib，频率稳态控制模块软化后到阻尼稳态模块与Tf2控制和Tf1控制，Tf1控制后与黑启动进行融合进入角度计算模块，Tf2控制也进入角度计算模块，黑启动根据输入的孤岛电网前的对应电参量得到频率f0B和电压U0B，电压U0B与TU控制融合进入U电网控制器，U电网控制器采集孤岛电网前的对应电参量，电压稳态控制模块软化后进入TU控制。
[0020]如图1
‑
图3所示，一种氢燃料电池发电并网稳态控制方法，该方法为：要实现并网无冲击，必须氢燃料电池在连接至现有电网前对并网变压器进行励磁，励磁所需的能量由氢燃料发电系统的直流母线提供；虽然逆变器一般都有同步并网功能，但还需要采用两个
电能检测模块对电压、相位、相角对并网变压器前端及发电逆变器输出端的相应电参数进行采样，与逆变器及氢燃料发电系统发电电参量进行比较，根据计算结果控制发电及逆变相应数据，并给并网变压器进行励磁，使得发电系统合闸并购时最大可能减少并网的冲击。
[0021]就主要为电感式的电网(X>>R，X是系统的电抗，R是系统的电阻)而言，根据对两个电网连接点之间的二端口的一般性视在功率观察，电压角或频率的变化主要对交换的有功功率P造成影响，而电压幅值则主要对无功功率造成影响。基于逆变器的换向电感和发电机及许多负载的电感特性，在微电网中可将前提条件X>>R作为已满足的条件。
[0022]对逆变器输出电压的频率f稳态和幅值U稳态而言，采用下列稳态特性曲线：
[0023]f
稳态
(t)＝f0‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氢燃料电池发电并网稳态控制方法，其特征在于：该方法为：氢燃料电池在连接至现有电网前对并网变压器进行励磁，励磁所需的能量由氢燃料发电系统的直流母线提供；采用两个电能检测模块对并网变压器前端及发电逆变器输出端的电压、相位和相角的电参数进行采样，采样后的数据与逆变器及氢燃料发电系统发电电参量进行比较计算，根据计算结果控制发电及逆变相应数据，并给并网变压器进行励磁。2.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池发电并网稳态控制方法，其特征在于：电网系统满足条件：X>>R，X是系统的电抗，R是系统的电阻。3.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池发电并网稳态控制方法，其特征在于：对逆变器输出电压的频率f稳态和幅值U稳态而言，采用下列稳态特性曲线：f
稳态
(t) = f0‑
k
f
p(t) ，其中f0为空运行频率；频率特性曲线斜率k
f
，p(t)表示逆变器输出的有功功率；U
稳态
(t) = U0‑
k
U
ib(t)，其中U0为空运行电压，ib(t)为无功电流，电压特性曲线斜率k
U
。4.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏琳，
申请(专利权)人：贵州氢能效率能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：