1、獨立的太陽能燃料電池聯合發電系統的協調控制設計與仿真研究目前 , 環境污染和能源緊缺是人類生存亟待解決的兩大難題。科學家分析 , 石油、煤炭等不可再生能源只能維持三五十年即面臨枯竭。因此 , 對清潔可再生能源的開發和利用 , 越來越受到世界各國的廣泛重視。 太 陽能燃料電池（PVFC）K合發電系統在這樣的背景下應運而生。將燃料電池與太陽能聯合發電是最具發展前途的可再生能源利用途徑之一,也是當前能源科學技術基礎研究國際競爭的焦點之一。因此, 聯合發電技術一經提出 , 世界各國的電力科研院所、高等學校、電力公司和制造廠家便紛紛開展對該聯合技術的研究和探索, 并相繼研制出實驗裝置, 應用于實際電力系

2、統作為示范工程。太陽能燃料電池聯合使用實際上是太陽能-氫能 -燃料電池 - 電能 - 用戶的能量輸送鏈。其中燃料電池起到關鍵作用。本文利用太陽能和燃料電池各自的優點 , 針對能量管理系統多輸入多輸出、變化復雜的特點 , 參考國內國外相關項目的研究經驗, 設計了太陽能燃料電池聯合發電系統, 來滿足負荷的需要, 保持供 / 用電的功率平衡。這既是本文研究的難點之一 , 也是重點所在。本文從設計太陽能燃料電池聯合發電系統面臨的技術問題入手, 首先建立了符合該系統特點的動態模型, 然后對組成聯合系統的子系統分別進行了控制和仿真分析 , 最后深入研究了整個系統的協調設計策略 , 從而完成太陽能燃料電池聯

3、合發電系統穩定運行的控制設計, 為聯合系統的實際開發和應用提供并積累理論指導。 主要成果歸納如下: 太陽能燃料電池聯合發電系統具有能夠穩定提供能量、降低能源消耗、實現對能源有效利用、環保等許多優點。但是由于聯合發電系統目前在國內僅在仿真設計和研究階段, 與國外示范項目相比 , 經驗欠缺 , 在系統的設計中有很多問題需要解決。因此, 本文借鑒國外示范項目的操作和運行經驗以及相關參考文獻, 針對聯合系統設計中遇到的問題 ,逐一進行確定, 為聯合系統的仿真設計提供依據和保障。這些技術問題包括: 設計原則和依據、組成部件選型、容量匹配、能量管理和控制光伏陣列與電解槽的連接方式、 最大功率點跟蹤、 負載

4、能量特點、 功率轉換裝置在聯合發電系統中的應用等等。 對這些問題考慮的是否周全和詳實關系到聯合發電系統發電效率和性能的關鍵因素 , 也是設計太陽能燃料電池聯合發電系統的依據。因此本文首先對這些技術問題進行了分析和研究 , 并且結合這些技術問題對太陽能燃料電池聯合發電系統進行了設計。在分析比較現有文獻的基礎上, 依據本文設計的太陽能燃料電池聯合發電系統的結構特點 , 分別建立光伏電池模型、電解槽模型、燃料電池模型、氣體存儲模型以及功率轉換單元模型。由于PVFC合發電系統結構復雜，涉及到電化學、傳質學、傳熱學等多門學科知識 , 以及光生伏打原理、質量守恒、動量守恒、能量守恒、第一熱力學定律等多種原

5、理和定律, 所以 , 首先對各子系統在不影響系統性能的基礎上進行適當的假設和簡化, 然后根據各種原理和定律分別建立各子系統的動態數學模型。仿真分析顯示這些動態模型能夠正確反映各種操作參數的動態變化和系統電能、 熱能的輸出特性, 能夠作為系統控制設計、性能分析和優化的有效工具。以系統模型和仿真分析以及系統運行要求為基礎, 詳細分析了各子系統穩定運行的控制設計方案, 然后分別對子系統各項性能指標進行了控制設計和仿真。針對光伏發電系統采用了基于BP神經網絡PID控制方法跟蹤其最大功率。燃料電池的控制設計主要是電堆溫度、壓力和電壓的控制 , 由于輸入變量與輸出變量為一對一關系 , 于是采用了單神經元 PID 控制 , 不但可以達到控制目的 ,而且可以實現在線自調整, 提高了系統自主程度。 與燃料電池相似, 電解槽電堆也采用單神經元控制對電解槽的操作參數進行控制。對復雜系統的實際運行來說 , 協調和控制設計十分重要, 不僅是系統實際應用的前提 , 而且是改善系統性能的有效方法。為了滿足聯合發電系統對安全性、可靠性和連續性的要求, 聯合發電系統運行時影響性能的主要操作參數, 包括溫度、壓力、電壓、電流都要維持在穩定的理想狀態, 來避免由于負載變化引起操作參數偏離理想范圍而導致系統性能下降, 甚至永久