[发明专利]燃料电池发电系统的等效模型构造方法

说明书

技术领域

本发明属于电力系统负荷建模领域，涉及一种燃料电池发电系统的等效模型构造方法。

技术背景

人类对能源需求的日益增长，使更多地开发利用洁净可再生新能源成为关系到人类生存和发展的重大社会问题，新能源发电因此受到高度重视和快速发展，其装机容量比例快速增长，分布式发电、微电网、智能电网等概念和技术也应运而生。分布式电源(DistributedGenerating Source，DGS)的大量出现，改变了传统配电网的负荷组成和拓扑结构，给电力系统分析与运行控制带来一系列新的亟待解决的理论方法与技术问题，考虑分布式电源影响的配电网综合负荷建模即是其中之一。

燃料电池(Fuel Cell，FC)具有清洁、反应效率高、安装灵活、可以热电联产，且具有高度模块化、噪声低、安装及维护简便等优点，是一种很有潜质的可再生能源。适用于分布式电源应用的FC有质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell，PEMFC)、熔融碳酸盐燃料电池(Molten Carbonate Fuel Cell，MCFC)和固体氧化物燃料电池(Solid OxideFuel Cell，SOFC)，其中SOFC因发电效率最高，适用范围很广。本文以SOFC为例，建立既能简单模拟电池堆特性又方便负荷建模研究的FC模型。

考虑FC的配电网综合负荷建模面临两个必须解决的问题：第一，基于总体测辨法的负荷建模需要对FC进行大量的运行特性仿真实验，如何构建FC的仿真模型？第二，作为配电网综合负荷的一部分，FC应该如何等效以满足电网仿真计算对等效模型的要求？国内外已有文献认为燃料电池系统基本为静特性，也有的建立了FC电池堆的动态模型，但只针对于燃料电池堆本身的动态特性，有的文献提出当配网侧含有发电机时，可采用异步发电机并联ZIP的广义负荷模型结构。这些文献有的侧重于FC自身的动态行为研究，有的侧重于与电网连接的动态行为研究；前者模型复杂，在电力系统仿真计算应用有较大的困难，后者过于简化，未考虑FC发电系统的整体动态特性；缺乏一种既能准确反映FC自身特性，又能并网仿真的模型体系。而针对问题二的研究则鲜见报道。

发明内容

本发明的目的是提出一种燃料电池发电系统的等效模型构造方法，采用该燃料电池发电系统的等效模型，能准确地模拟燃料电池发电系统在并网运行条件下的稳态和暂态特性，可作为燃料电池发电系统的研究工具。

本发明的技术解决方案如下：

一种燃料电池发电系统的等效模型构造方法，在该燃料电池发电系统中，燃料电池通过逆变器向电网输出电能，燃料电池发电系统采用以下以电流为状态变量的二阶动态微分方程来表征：