燃料电池可并网逆变器的研发

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燃料电池具有能量转换效率高、环境友好等优点,备受世界各国的重视,被认为是21世纪首选的洁净、高效的发电技术。目前,燃料电池的应用主要是以分布式发电系统的形式接入电网,并网逆变器是分布式发电系统的核心部件,其稳定性、可靠性以及效率往往决定了整个分布式发电系统的性能。现阶段,对并网逆变器的研究主要集中在优化拓扑结构和改进控制技术。逆变器的拓扑结构影响着整个系统的效率和稳定性;控制技术主要采用并网电流闭环控制技术,要求并网电流能实时跟踪电网电压的频率、相位,且对电流的总畸变有要求,以减小输入电网的谐波含量,同时并网逆变器要能以单位功率因数向电网馈送电能。本论文以BALLARD NexaTM燃料电池系统为实验平台,设计了一款能工作于独立发电和并网发电两种工作状态的逆变器,该逆变器可以分成前级DC/DC升压变换器、后级DC/AC逆变器和控制系统三个部分。本论文根据燃料电池的固有输出特性,采用了一种适用于低压宽幅输入的DC/DC变换器——推挽正激变换器,并对该变换器的拓扑结构、工作原理作了详细的说明;后级DC/AC采用SPWM调制方式作为驱动的全桥逆变。逆变器工作在独立逆变模式时,采用电压闭环控制,以保障负载的可靠运行;在并网逆变模式时,采用电流闭环控制,将燃料电池产生的电能以单位功率因素馈送到电网。本论文采用适用于小功率并网逆变器的孤岛检测方法——被动式孤岛检测,根据电网电压和电网频率来判定孤岛状态,触发孤岛保护。并在理论分析的基础上完成了一台1kW可并网逆变器样机。实验表明,本论文设计的逆变器样机运行良好,各项指标均符合设计要求,验证了理论分析的正确性。本论文为中小型功率的燃料电池分布式发电系统提供了一种解决方案。
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