分布式发电中燃料电池并网的建模及其仿真.pdf

在当前的能源行业，分布式发电技术由于其在提高能源利用效率、降低成本、减少环境污染等方面具有明显优势而受到广泛关注。分布式发电（Distributed Generation，简称DG）指的是将小型发电装置分散布置在用电现场或者用电就近处，常见的技术包括内燃机、微型燃气轮机、燃料电池、太阳能光伏电池和风力发电等。这些小型发电装置容量一般在数kW到几十MW之间。 燃料电池是一种将化学能直接转化为电能的装置，其工作过程包括将燃料气体（如氢气）和氧化剂气体（如氧气）通过电化学反应产生电能。燃料电池具有能量转换效率高、环境污染小、燃料适应性广等特点，非常适合用于分布式发电系统。尤其是质子交换膜燃料电池（Proton Exchange Membrane Fuel Cell，PEMFC），它拥有低工作温度、高能量转换效率、低环境污染等优点，特别适合家庭及小型商业应用。 然而，燃料电池通过逆变器并网时会带来谐波污染问题，即逆变器输出的非线性负载会导致电网电压和电流波形发生畸变，产生大量谐波，这些谐波会降低电能质量，并对电力系统稳定运行造成影响。针对这一问题，本文提出了一种在燃料电池并网前加设谐波滤除装置的解决方案。通过建立包含燃料电池、变频器、滤波器以及变压器的仿真模型，利用Matlab/Simulink软件进行建模和仿真分析。 Matlab/Simulink是一种广泛应用于电力系统仿真领域的软件工具，它提供了强大的数学计算、建模和仿真功能。在本文的研究中，通过使用脉宽调制（Pulse Width Modulation，PWM）技术来控制变频器的占空比，实现对燃料电池输出电压的精确控制。PWM技术通过调节电力电子开关器件的开通和关闭时间，从而改变输出电压的平均值。通过这种方式，可以有效控制燃料电池的输出功率，并减少谐波污染，提高电能质量。 仿真结果表明，所提出的燃料电池并网模型结构简单，且具有良好的动态特性。该模型不仅能够有效地减少燃料电池并网带来的谐波污染，还为燃料电池的安全高效并入电网提供了理论和方法参考。此研究结果对实现燃料电池在智能电网中的应用具有重要意义。 智能电网的概念已经成为了全球电力行业研究和开发的热点。智能电网能够通过先进的通信和自动化技术提高电网的可靠性、安全性和效率。在智能电网中，分布式发电技术的集成是关键，特别是作为第四代发电方式的燃料电池。燃料电池技术的发展和应用将有助于推动能源结构的转型，提高整个电力系统的可持续性和经济效益。 关键词“燃料电池”、“变频器”、“滤波器”、“变压器”、“并网”、“建模仿真”等在本文中被频繁提及，展示了这些技术在分布式发电技术研究中的重要地位。对于这些关键词的深入理解和应用对于理解和改进燃料电池并网技术至关重要。 文中提到的仿真模型还包括了逆变器部分，逆变器是将直流电能转换为交流电能的关键部件，它在燃料电池的并网过程中扮演着重要角色。逆变器的设计和控制策略直接影响着整个系统的性能。通过仿真分析，研究者能够对逆变器进行优化设计，进一步提高燃料电池系统的并网性能和电能质量。 本文的研究为燃料电池在智能电网中的应用提供了理论基础和技术支持，也为分布式发电技术的发展提供了新的思路和方法。