燃料電池的建模與控制及其在分散式發電中的套用

《燃料電池的建模與控制及其在分散式發電中的套用》是機械工業出版社出版的圖書，作者是[美]M.哈希姆·內里（M.Hashem Nehrir）王才勝（Caisheng Wang）

基本介紹

• 作者：[美]M.哈希姆·內里（M.Hashem Nehrir) 王才勝（Caisheng Wang）
• 出版社：機械工業出版社
• 頁數：228 頁
• ISBN：9787111614548
• 定價：85 元
• 裝幀：精裝

內容簡介

燃料電池技術近年來得到了快速的發展，尤其是在分散式發電的套用領域。本書除介紹質子交換膜燃料電池的建模外，還介紹了固體氧化物燃料電池和電解器的模型，同時分析了用於燃料電池的電力電子接口電路、併網型和獨立型燃料電池發電系統的控制、混合型燃料電池能量系統，以及對燃料電池的挑戰與展望。

值得肯定的是，《燃料電池的建模與控制及其在分散式發電中的套用》中所有的模型在PSpice和MATLAB中都有建立，同時在書中給出了本書所有模型的仿真檔案。

《燃料電池的建模與控制及其在分散式發電中的套用》對從事分散式發電、燃料電池方面工作的技術人員以及相關專業的高校師生，將會提供極大的幫助。

圖書目錄

譯者序

原書前言

原書致謝

第1章緒論1

1.1背景：美國電網的形成與重構簡介2

1.2電力管制放開和分散式發電5

1.3分散式電源的類型6

1.4燃料電池分散式電源8

1.5氫能經濟11

1.5.1簡介11

1.5.2轉型到氫能經濟的挑戰12

1.5.3氫的生產12

1.5.4氫能的存儲和配送16

1.5.5美國能源部的與氫有關的活動16

1.5.6本書的任務18

參考文獻20

第2章燃料電池的工作原理22

2.1引言23

2.2元素的化學能與熱能23

2.3熱力學基礎24

2.3.1熱力學第一定律24

2.3.2熱力學第二定律24

2.4電化學基礎26

2.4.1吉布斯自由能26

2.5化學反應中的能量平衡27

2.6能斯特方程28

2.7燃料電池的基礎29

2.8燃料電池的類型30

2.9燃料電池等效電路39

2.10雙電層電容效應40

2.11總結41

參考文獻42

第3章質子交換膜燃料電池的動態建模與仿真43

3.1引言: 燃料電池動態模型的需求44

3.2專門術語（PEMFC）44

3.3PEMFC的動態模型建立47

燃料電池的建模與控制及其在分散式發電中的套用目錄3.3.1電極上的氣體擴散48

3.3.2物質守恆50

3.3.3PEMFC的輸出電壓50

3.3.4PEMFC的電壓降51

3.3.5PEMFC熱力學平衡53

3.4PEMFC的模型結構54

3.5PEMFC的等效電路模型55

3.6PEMFC模型的驗證59

參考文獻64

第4章固體氧化物燃料電池的動態建模與仿真65

4.1引言66

4.2術語（SOFC）66

4.3SOFC動態建模68

4.3.1有效分壓69

4.3.2物質守恆71

4.3.3SOFC輸出電壓72

4.3.4管狀SOFC的熱力學能量平衡76

4.4SOFC動態模型結構78

4.5恆定燃料流量操作下SOFC模型的回響特性79

4.5.1穩態特性79

4.5.2動態回響81

4.6恆定燃料利用率模式下的SOFC模型回響85

4.6.1穩態特性86

4.6.2動態回響87

參考文獻88

第5章電解槽的運行原理和建模90

5.1電解槽的運行原理91

5.2電解槽的動態建模92

5.2.1電解槽的靜態（V-I）特性93

5.2.2制氫速率的建模93

5.2.3電解槽的熱模型94

5.3電解槽模型的實現95

參考文獻97

第6章套用於燃料電池的功率變換器98

6.1引言99

6.2功率半導體開關器件的概述100

6.2.1二極體100

6.2.2晶閘管100

6.2.3雙極結型電晶體101

6.2.4金屬-氧化物半導體場效應電晶體102

6.2.5門極可關斷晶閘管103

6.2.6絕緣柵雙極型電晶體103

6.2.7MOS控制晶閘管104

6.3AC/DC整流器105

6.3.1電路拓撲105

6.3.2三相可控整流器的簡化模型107

6.4DC/DC變換器110

6.4.1升壓變換器110

6.4.2降壓變換器114

6.5三相DC/AC逆變器117

6.5.1電路拓撲117

6.5.2狀態空間模型119

6.5.3abc/dq變換122

6.5.4dq坐標系下狀態空間模型123

6.5.5三相VSI的理想模型124

參考文獻127

第7章併網型燃料電池發電系統的控制128

7.1引言129

7.2併網系統的配置129

7.2.1PEMFC單元的配置130

7.2.2SOFC單元的配置131

7.3DC/DC變換器和逆變器的控制器的設計132

7.3.1升壓DC/DC變換器電路和控制器的設計132

7.3.2三相VSI的控制器的設計136

7.4仿真結果143

7.4.1期望輸出到電網的有功和無功功率——重載143

7.4.2輕載情況下向電網輸出有功功率、從電網吸收無功功率146

7.4.3燃料電池的負載性能跟隨分析150

7.4.4故障分析152

7.5總結154

參考文獻154

第8章獨立型燃料電池發電系統的控制157

8.1引言158

8.2系統描述和控制策略158

8.3減緩負載瞬變控制159

8.3.1鉛酸蓄電池的電路模型160

8.3.2電池充/放電控制器161

8.3.3濾波器的設計162

8.4仿真結果163

8.4.1負載的暫態變化163

8.4.2負載瞬變減緩166

8.4.3蓄電池充/放電控制器170

8.5總結172

參考文獻172

第9章基於混合燃料電池的能源系統案例研究174

9.1引言175

9.2混合電子接口系統176

9.2.1直流耦合系統176

9.2.2交流耦合系統178

9.2.3不同於併網系統的獨立運行系統178

9.3熱電混合運行模式下的燃料電池179

9.4案例研究Ⅰ：風能-光伏-燃料電池混合式獨立發電系統180

9.4.1系統結構180

9.4.2系統單元規格182

9.4.3系統組件特性185

9.4.4系統控制186

9.4.5仿真結果191

9.5案例研究Ⅱ：混合運行模式SOFC的效率評估196

9.5.1熱力學定律與SOFC效率196

9.5.2氫燃料熱值200

9.5.3SOFC電效率201

9.5.4混合熱電聯產運行模式SOFC的效率202

9.6總結204

參考文獻204

第10章燃料電池目前的挑戰和發展趨勢210

10.1引言211

10.2燃料電池系統運行211

10.2.1燃料處理器211

10.2.2燃料電池堆212

10.2.3功率調節器系統213

10.2.4發電廠平衡(BOP)系統215

10.3當前的挑戰和機遇216

10.3.1成本216

10.3.2燃料和燃料基礎設施216

10.3.3材料和製造217

10.4美國燃料電池研發項目218

10.4.1美國能源部的SOFC相關項目218

10.5燃料電池的未來：綜述和作者的觀點219

參考文獻220

附錄運行PEMFC、SOFC模型及其分散式發電套用模型的指南223