[发明专利]一种燃料电池发电系统的电流脉动抑制方法

说明书

本发明公开一种燃料电池发电系统的电流脉动抑制方法，该方法通过在DC/DC变换器的外环控制单元中电压误差信号经外环控制单元之后输出内环控制单元的参考信号，内环控制单元用于获得DC/DC变换器的驱动信号，并将其输出至前级DC/DC变换器的功率开关管中，从而完成电流脉动的有效抑制；该方法通过加入陷波控制单元能在外环电压截止频率较低的同时，有效减小低频脉动分量的幅值，改善了系统动态性能；在质子交换膜燃料电池工作参数变化的情况下，通过陷波控制单元能在一定参数变化范围内实现对发电系统电流脉动的鲁棒抑制以及系统鲁棒稳定性。更重要的是，减少低频电流脉动能有效延长质子交换膜燃料电池的使用寿命。

技术领域

本发明属于燃料电池技术领域，特别是涉及一种燃料电池发电系统的电流脉动抑制方法。

背景技术

随着日益严峻的能源短缺和环境污染问题，人们对清洁能源的需求日渐迫切。质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell，PEMFC)作为一种新型的将化学能转化为电能的发电装置，以其高效、安全、环保和功率密度高等优点，在电力、通信以及交通运输等领域有着广泛的应用和发展前景。

由于PEMFC输出特性软，需要借助两级结构的电力电子电路来实现直流到交流的转换，用以满足三相交流负载的需求。然而，当三相负载不平衡时，负载侧会产生两倍于输出电压频率的功率脉动量，脉动量反向传递至PEMFC输出端产生低频脉动电流，严重影响PEMFC的寿命和发电效率。此外，高含量的低频电流脉动将造成功率调节系统的损耗增大，并增加开关管的电流应力。因此，抑制PEMFC发电系统中三相不平衡负载情况下的低频电流脉动是非常必要的。

目前，在相关的文献中已经有大量低频电流脉动抑制的方法，通过增加额外的储能装置或者电路补偿拓扑和通过控制方法的改进来抑制低频电流脉动是比较常用的两类方法。额外增加储能装置或电路补偿拓扑会导致硬件成本和损耗增加，效率降低。通过改进的控制方法在不增加硬件成本的同时，能够有效抑制低频电流脉动，是比较合适的选择。国外文献提出的针对单相单套的燃料电池发电系统双闭环控制方法和增加虚拟阻抗的控制方法，分别通过极点配置和调节电流环的穿越频率来控制二倍频处的电流脉动增益。但是，为了抑制低频电流脉动，要求外环电压的截止频率较低，这将导致负载突变时系统动态特性变差。

此外，目前的低频电流脉动抑制方法只考虑了电流脉动的有效控制，并未结合PEMFC电堆自身的参数不确定特性进行控制方法的设计，只能在PEMFC电堆工作在理想状态下有效，方法缺乏鲁棒性。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种燃料电池发电系统的电流脉动抑制方法，能够使燃料电池发电系统在保障系统鲁棒稳定性的同时，更好地实现低频电流脉动抑制。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种燃料电池发电系统的电流脉动抑制方法，所述燃料电池发电系统包括燃料电池、DC/DC变换器、电容、DC/AC三相逆变器、LC滤波器、三相负载和控制电路，所述燃料电池通过DC/DC变换器和LC滤波器连接至三相负载，在所述DC/DC变换器和DC/AC三相逆变器之间设置有电容，所述控制电路连接至燃料电池的输出端和电容的两端采集信号，所述控制电路还连接至DC/DC变换器的控制侧；本方案中燃料电池主要采用质子交换膜燃料电池。

所述电流脉动抑制方法包括步骤：

S100，对燃料电池发电系统的采集信号进行离散化处理，得到离散信号；将所述离散信号送入控制电路；

S200，由控制电路对离散信号和预设的外环参考信号进行对比，获得误差信号；通过外环控制算法得到内环控制的内环参考信号；

S300，由控制电路对离散信号和内环参考信号进行对比，通过内环控制算法产生获得DC/DC变换器的驱动信号并输出至DC/DC变换器。