《燃料電池分散式發電關鍵問題的研究》是依託武漢大學，由李勇匯擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：燃料電池分散式發電關鍵問題的研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：李勇匯
- 依託單位：武漢大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
燃料電池是一種高效率、環境友好、有廣泛套用前景卻尚未成熟的分散式電源。目前，諸多技術難題和高昂的價格嚴重阻礙了燃料電池在電力系統中的套用。本項目將立足於前期的研究成果，以代數方程組和微分方程組的形式，建立可以準確計算燃料電池運行工作點的新模型。利用該模型並考慮各種運行限制，提出指導燃料電池安全運行和控制的三維合理運行區域的概念。通過時/頻分析，揭示燃料電池的靜態和動態特性，建立安全而快速的功率調節新理論。為拓展燃料電池的套用範圍，提出並建立一種以燃料電池為核心的概念型電能質量控制中心。該中心在安全、合理使用燃料電池輸出有功功率的前提下，將並聯補償和串聯補償技術有機地結合在一起，提出可以改善電網電能質量、加強電網聯繫的新方法。仿真實驗平台將校驗本項目提出的各項理論成果，促進燃料電池分散式發電關鍵問題的解決。
結題摘要
本項目以高溫固體氧化物燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell, SOFC)分散式電源(distributed generator, DG)在電力系統中的套用為研究對象，研究內容主要分三個方面。首先根據熱力學第一和第二定律分析了SOFC的靜態運行特性，推導出電池堆溫度、氫氣利用率和過量氧氣比這三個運行變數間的解析關係，結合SOFC的運行限制提出了三維合理運行空間(Feasible Operating Space, FOS)的概念，得出了最大效率運行狀態，通過非線性最佳化提出了燃料電池電廠通過功率調節單元實現最優效率併網發電的靜態控制策略。第二，研究推導出了考慮溫度變化的非線性動態模型，根據各極點的位置，提出了多輸入多輸出(multi-input-multi-output, MIMO)系統最優效率併網負荷跟蹤的遞解控制策略。燃料電池電廠控制系統可以分解為一個快速的2x2階有功-氫氣利用率控制系統（簡稱P-u控制系統）和一個慢速的1x1階溫度控制系統（簡稱T控制系統）。通過相對增益矩陣發現，有功控制和燃料輸入強相關而氫氣利用率和移相角強相關。P-u控制系統可以進一步分解為2個單輸入單輸出（single-input-single-output, SISO）系統。利用動態相對影響係數(dynamic Relative Interaction, dRI)可以描述兩個SISO系統間的相對影響並用於簡單內模控制器(Simplified Internal Mode Control, SIMC)的設計。通過調節輸入氧氣用於溫度控制但是必須採用前饋控制策略減小其他控制變數的擾動。最後，項目研究了以SOFC電廠為核心的電能質量控制中心(Power Quality Control Center, PQCC)抑制電壓暫降的具體措施。SOFC-PQCC系統可以結合串聯補償裝置(Series Compensator, SC)靈活的控制有功、使敏感負荷可以耐受一定幅度的電壓暫降(sag)。最大允許電壓暫降的幅度取決於SOFC的輸出有功。研究推導了sag幅度、SOFC輸出功率、被保護負荷容量和SC容量間的解析關係。上述研究結果都通過仿真得到了驗證並將對該分散式電源的實際的工業套用起到顯著的作用。
