[发明专利]一种可扩展的固体氧化物燃料电池分布式电站

权利要求书

1.一种可扩展的固体氧化物燃料电池分布式电站，其特征在于，包括：

燃料电池发电阵列，包括多个可独立运行的固体氧化物燃料电池发电模块，每个固体氧化物燃料电池发电模块的电能输出端连接电力变换扩展模块，向电力变换扩展模块输出电能；

电力变换扩展模块，包括若干组直流变换通道和交流变换通道，所述直流变换通道输入端通过电缆与固体氧化物燃料电池发电模块电能输出端连接，直流变换通道输出端通过电缆与交流变换通道输入端连接，交流变换通道输出端通过电缆连接用电负荷，向其输出电能；

气体供给扩展模块，通过分支管路将气源分别与燃料电池发电阵列中各个固体氧化物燃料电池发电模块相连，将反应所需气体通入各固体氧化物燃料电池发电模块；

电站控制模块，其采集输入接口与气体供给扩展模块中传感器信号连接，其通信接口分别与燃料电池发电阵列各固体氧化物燃料电池发电模块控制器通信接口、电力变换扩展模块中各变换器通信接口及尾气回收扩展模块中控制器的通信接口连接；监测分布式电站燃料气源压力，监测各固体氧化物燃料电池发电模块运行状态并对其发电量进行控制，监测电力变换扩展模块各变换器运行状态并对其充放电进行控制，监测尾气回收扩展模块运行状态并设定热负荷需求量；

上位机，与电站控制模块中控制器的通信接口连接，用于对电站控制模块进行远程监控；

每组所述直流变换通道包含升压DCDC变换器、双向DCDC变换器及超级电容，超级电容输出端与双向DCDC变换器输入端连接，双向DCDC变换器输出端与升压DCDC变换器输出端连接；所述交流变换通道为DCAC逆变器，所述升压DCDC变换器、双向DCDC变换器、DCAC逆变器及多路可控开关控制端分别与电站控制模块控制输出信号端连接；

还包括尾气回收扩展模块，所述尾气回收扩展模块包括尾气收集单元、循环风机、换热器、循环水泵、液位传感器、给水泵、蓄水池、水罐及尾气控制器；

所述尾气控制器通过通信接口连接电站控制模块，接收电站控制模块的热负荷需求设定值，根据电站控制模块设定热负荷需求值，通过控制循环风机及循环水泵转速，控制回收热量；所述尾气收集单元通过管路连接固体氧化物燃料电池发电模块，收集固体氧化物燃料电池发电模块的尾气，其输出端经管路与循环风机入口连接，循环风机出口经管路与换热器入口连接，水罐中的水通过循环水泵经管路泵送到换热器输入端，换热器出口与用户管路连接，为用户提供热水，给水泵用于将蓄水池中水泵送到水罐中；所述液位传感器设置于水罐底部，采集水罐液位信息发送给尾气控制器；温度传感器设置于尾气收集单元，采集回收的尾气温度发送给尾气控制器；所述尾气控制器采集温度传感器信息及电站控制模块设定值，控制循环风机及循环水泵转速，通过通信接口将尾气回收扩展模块运行状态上传到电站控制模块；

尾气回收控制方法如下：

根据各发电模块当前放电功率及气体供给，计算其尾气组分及含量，求和得出电站尾气各组分含量nCO2、nH2O、nN2及nO2；

测量换热器热端入口温度T_1i，换热器热端出口温度T_1o，换热器冷端入口温度T_2i，当前环境温度T₀；

通过循环风机对尾气进行加压，使其与循环水进行换热；

计算尾气含有热量

P_exhaust＝nCO2*C_CO2*(T_1i-T₀)+nH2O*C_H2O*(T_1i-T₀)+nN2*C_N2*(T_1i-T₀)+nO2*C_O2*(T_1i-T₀)

计算换热器热端出口具有能量

P_hxout＝nCO2*C_CO2*(T_1o-T₀)+nH2O*C_H2O*(T_1o-T₀)+nN2*C_N2*(T_1o-T₀)+nO2*C_O2*(T_1o-T₀)

并根据出水温度设定值T_set，有如下热量平衡；

P_exhaust-P_hxout＝n_waterset*C_water*T_set

根据上式调节循环水流量设定值n_waterset。