[实用新型]一种燃料电池的功率转换调节装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及新能源电力电子技术领域，特别涉及一种将分布式燃料电池电站产生的直流电转换、调节以得到稳定输出的三相正弦波交流电和并网的技术。

背景技术

燃料电池是21世纪广为关注的新能源和可再生能源发电装置。燃料电池输出的直流电范围比较宽、电压比较低、输出特性软，必须经过功率调节系统关键技术，将其变换成稳定输出的三相正弦波交流电，才能为一般的工业和生活电力使用，同时还可以与电力网进行系统联接，以解决电力紧张和环境污染问题。

一般来说，对于与电力网联接运行的分布式燃料电池电站，必须达到以下要求：

1、保证分布式电站与电力网的事故不互相波及，分布式电站应具有事故隔离、保护功能；

2、抑制分布式电站的系统联接引起的配电线的电压变化和使用逆变器的分布式电站产生的高次谐波电流，以保持电网的供电品质不受影响；

3、电网因故障而中断时，必须准确、可靠、及时地检测出分布式电站单独运转状态，并采取保护措施，以免产生人员、设备损坏。

但就目前国内外很多大学和研究机构对燃料电池功率调节系统的研究成果来说，还存在许多需要解决的问题，特别是对于系统中的逆变核心技术，系统的可靠性、供电质量，数字化和智能化等问题，都是燃料电池调节系统急待解决的。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种基于DSP控制的功率转换调节系统装置。该系统装置借助DSP全数字化快速运算，实现高速高精度的功率转换与调节，使得在独立运转方式下，功率转换调节系统能维持稳定的、“干净的”、具有良好动态特性的电能；在并网运转方式下，功率调节系统能具有电功率矢量控制功能，可以单独控制有功功率和无功功率的输出，以维持电网电压的稳定和安全。

为实现本实用新型的目的采用如下技术方案：一种燃料电池的功率转换调节装置，分别连接燃料电池子系统和负载，其特征是，包括主电路和反馈控制电路；所述主电路由IGBT逆变模块、功率变压模块和滤波模块依次连接组成，其中IGBT逆变模块与燃料电池子系统相连接，滤波模块与负载相连接；所述反馈控制电路包括瞬时电流电压检测模块、比较器、DSP控制系统模块和IGBT驱动模块，其中，瞬时电流电压检测模块的一端与负载相连接，另一端与比较器输入端相连接，所述比较器的输出端与DSP控制系统模块相连接，所述DSP控制系统模块与IGBT驱动模块相连接，IGBT驱动模块与IGBT逆变模块相连接。

为了更好地实现本实用新型，所述IGBT逆变模块主要由三相电压型桥式逆变电路及其外围电路组成。

所述功率变压模块是指带隔离变压器的逆变器。

所述滤波模块是指LC滤波电路。

所述瞬时电流电压检测模块主要由电流传感器和电压传感器组成。

所述DSP控制系统模块主要由TMS320F2812芯片及其外围电路组成。

所述IGBT驱动模块主要由SCALE驱动板及其外围电路组成。

所述IGBT驱动模块还包括输入保护电路；所述输入保护电路由二极管、电阻和电容相互连接组成。

所述IGBT驱动模块还包括电源保护电路；所述电源保护电路由二极管、电容和熔断器相互连接组成。

所述IGBT驱动模块还包括复位电路；所述复位电路由二极管、三极管、电阻和电容相互连接组成。

本实用新型的设计原理是这样的：针对燃料电池输出直流电压较低，范围较宽，且随着温度、输出电流等内外条件变动而变化的特点，功率转换调节系统需要具备稳定电压、频率和逆变出三相交流电的功能。燃料电池电站的用户也可能是各种非线性负荷，电站交流母线电压与供电系统的状态呈现复杂的非线性关系，同时燃料电池电站功率转换调节系统的主要功能模块是一个三相逆变器，它本质上是一个非线性模块，因此，为了得到电站系统的稳定控制，功率调节系统需要采用非线性系统控制策略。燃料电池电站独立运行时需要功率调节系统自己维持一定的输出电压和频率，因此，采用具有响应快、抗干扰、实现简单的优点的滑膜控制策略对功率转换调节系统进行输出波形控制；燃料电池与电网系统联接运行时，逆变过程中的非线性以及系统的负荷复杂性和负荷波动的随机性等非线性因素，逆变器会产生高次谐波以及电力网的电压波动、三相不平衡等问题，需要功率调节系统采用电功率矢量控制无功电流，抑制电力网的电压波动，三相不平衡和谐波污染，同时通过有功功率控制电压相角变化，保证电力供给的可靠性和良好品质。

相对于现有技术，本实用新型的主要优点和有益效果是：