分析PEM燃料电池供电的电网接口使用安控制器

M.Nagalingam¹,C.P. Kandasamy²,T.Manokaran³

PG学生(PSE), EEE称,载量B工程学院Karur TamilNadu India1
助理教授,EEE称,载量工程学院,Karur, TamilNadu,印度2
副教授,EEE称,斯里兰卡Subramanya工程学院工程技术、蒂,TamilNadu India3

文摘

非常规能源系统发展提供电力在农村地区以及分布式发电。燃料电池系统在峰值负载供电时间比相比最优势的其他非常规的方法。各种目的的应用是由于其纯度,可动性,适合电和热的一代。设计一个合适的电力电子接口的技术可行的仍然是一个挑战。这个项目提出了模拟PEM燃料细胞发电厂使用安控制器提高系统效率。以外的公共PEM燃料电池没有现场排放水蒸气和热,使它们适合室内发电需求。静静地PEM燃料电池操作,导致几乎没有震动。因为他们在低温下操作,消散热量从PEM燃料电池热电联产潜力有限。在MATLAB环境中仿真模型。

关键字

分布式发电、燃料电池(FC)、网格界面,反向传播,电能质量,独立的系统。

介绍

每天人口增加,同时增加的电力需求和全球污染增加,所以其他机会将非常规权力资源免费的地球污染。光伏电池,风力涡轮机是季节性这些二级电力资源供应网格。我们必须将这些权力与基础力量如火力发电厂和核电站的力量。燃料电池发电厂负荷可以作为基地。它必须交付的权力也在峰值负载和住宅应用程序在高峰负荷。也可以用于中低住宅的应用,作为一个不间断电源尤其是房屋、工业、和偏远地区,为混合动力汽车。FC提供直流电源倒和加强家庭应用程序能够使用以及分布式发电。FC的问题是电压下降几乎线性负载电流的增加。输出电压必须规范使用安控制器所需的水平。限制内的THD值也可以减少用于与电网接口。[1] proposed the fuel cell that can be used in both low and medium-power residential applications as an uninterruptible power supply particularly in the houses, industries, hybrid vehicles and in the remote places also. Several topologies of switched-mode dc–dc converter followed by inverter are proposed and compared based on their performance. [2] proposed the Proton Exchange Membrane (PEM) fuel cells generate electrical power from air and from hydrogen or hydrogen rich gas mixtures. High PEMFC system efficiency levels can be achieved only with intensive heat integration within the PEMFC systems. Hence, heat integration system studies are most importance along with the development of novel reforming catalysts, clean-up systems and PEMFC components if on-board hydrogen production is desired.[6] proposed a detailed power-quality evaluation was carried out for the proposed PEMFC-based power system. The available harmonics in the system are the products of inverter and nonlinear loads generally present in a residence. The resultant THD of voltage stay below 5% limit and individual harmonics in the voltage waveform does not exceed the 3% limit, which are within the IEEE requirements. [11] proposed an integrated dynamic model for a fuel cell power plant. The proposed dynamic model includes a fuel cell model, a gas reformer model, and a power conditioning unit block. The model introduces a scenario to control active and reactive power output from the fuel cell power plant.

提出的控制器

图1代表的框图,提出了单级基于FC的供电系统。FC在低电压范围(26-48 V)和负载/栅极电压相对较高(120 V)、升压变压器用于满足所需的电压水平。它还提供了FC和负载之间的隔离。这里是首选为三相应用程序适合网格界面。桥使用六个IGBT开关电压水平较低(低于100 V),这是经济的和有效的。Inverter-side放置过滤结果的高额定电流滤波电感,而电容器是额定电压降低。如果负载的增加,FC电压降低。为了有效地操作FC,氢气的流量必须调整负载的变化。然而,这取决于类型的FC系统,这个流变化是一个非常缓慢的过程,时间常数与30年代一样大。因此,某种类型的储能是必需的。 Series of batteries can be placed across the FC stack but require additional circuitry for regulated dc bus. Also, the numbers of cells in series are not only expensive but also have a short lifetime. Unlike batteries, ultra capacitors have a short charge time and much longer lifetime. The filter is used to reduce the harmonics. Here LC filter is used to reduce the harmonics.

分析燃料电池

在图2红色圈显示了二氧化碳排放,蓝色圈显示了高温冷却系统需要高成本。绿色圆有低温范围PEM燃料电池和插座没有污染。PEM燃料电池是最有前途的。它的廉价和多功能性使它在几乎每一个可用的应用程序中实现从发电厂、车辆、小型或应急电源,海洋应用程序和日常设备。它是可控和高功率密度。

图3显示了vi燃料电池的特性。当负载增加时,FC电压降低。图中两个协调点作为一个例子。第一第二协调协调45(133.3)和(225年,37)清楚地表明,当负载电流增加,FC电压降低。

LC -过滤器

在许多电力系统条件下,谐波生成不仅单一频率,可以分布在一个广泛的频率。six-pulse变频器产生谐波的5日,7日,11日,13日等,电可以产生间谐波覆盖广泛的频率。低通宽带滤波器用于阻止多个或广泛的谐波频率。低通滤波器的设计实现低截止频率;它被称为宽带滤波器。在配电系统应用程序中,低通滤波器的效果可以通过安装一个电容器银行一个变压器的低压侧。它能够防止谐波截止频率以上渗透变压器的高压侧。如果电压保持高电压调节器或变压器负载抽头转换开关必须用来把电压降低到一个可接受的水平。

人工神经网络

神经网络将有助于选择数据创建和培训网络和评价其性能。这意味着人工神经元组织层,并把他们的信号“转发”,然后向后传播的错误。网络接收输入神经元的输入层,并给出网络的输出在输出层的神经元。可能有一个或多个中间隐藏层。意味着我们的反向传播使用监督学习算法为算法提供我们想要的输入和输出的例子网络计算,然后是错误(计算的实际和预期结果之间的区别。反向传播算法的思想是减少这种错误,直到安学习训练数据。与随机权重训练开始,目的是调整他们,使误差最小。

最常见的功能是乙状结肠,乙状结肠函数非常接近大正数0.5 0,和非常接近零的大的负数。这允许低之间的平稳过渡和高输出的神经元。现在的反向传播算法计算误差取决于如何输出,输入和权值。

系统的优势

少生产的燃料成本,可以产生氢气和氧气,大多数燃料电池操作默默地所以它可以使用在建筑如医院、燃料电池动力装置紧凑,需要更少的空间,FCPP是水的浪费。它可以回收和使用各种目的,没有传输损耗,效率高,不需要冷却水,热量可以很容易地删除和排放到大气中,在PEM燃料电池没有污染,可以提高整个系统性能的安控制器。

仿真结果和讨论

仿真图包含成堆的65个细胞。它有45伏特直流输出,这是美联储的逆变器由IGBT的开关。开关是由安控制器通过控制脉冲。逆变器的输出是美联储低阶谐波过滤后的负载是非常危险的。Inverter-side放置过滤结果的高额定电流的滤波电感,而电容器是额定电压降低。如果负载的增加,FC电压降低。所使用的滤波器低通LC滤波器。然后输出连接到电网或住宅负荷。安控制器用于控制逆变器来提高整个系统的效率。图7。显示了反向传播技术包含两个输入,20隐藏层,1000次迭代。回归,回归“R”值测量输出和目标之间的关系。 An R value of “1”means a close relationship, “0” a random relationship MEAN SQUARE ERROR: Mean is the average squared difference between outputs and targets. Lower values are better. Zero means no error.

fig.9 & fig.10分别显示了线电压和线电流。有纯正弦值。对于这个THD值0.75%小于5%

图11显示了MATLAB FFT分析。在这个窗口选择“显示FFT窗口”所需的信号。找到THD值频率(赫兹)级线电压的基本(%)特征进行分析。结果表明,0.75%不到5%的THD值与网格系统用于接口和独立的系统。

结论

燃料电池系统在峰值负载供电时间比其他任何非最优势的传统方法。它可以申请应用程序用于各种目的。仿真结果和调查的单级电力电子接口PEM FC。预期的力量实现组件数量更少数量的,低损失,增加可靠性。输出电压和电流的值是保持低于5%的限制,使系统适用于网格界面/独立使用。系统可以支持一个额定有功功率加载所需的VAR FC的拥有相同的能力。使用安控制器提高了系统整体性能。

表乍一看


表1	表2	表3

数据乍一看


图1	图2	图3	图4

图5	图6	图7	图8

图9	图10	图11

引用

SrdjanStevandic ShailendraJain,锦江,目前黄,“ModellingofFuel-Cell-Based供电系统电网接口”,1142年IEEE工业应用,48卷,没有。2012年8月4日/ 7月。

YousriM.A。Welaya Mohamed m . El Gohary1纳德R。Ammar,“蒸汽和部分氧化重整选项
从化石燃料制氢PEM燃料电池”亚历山大工程日报》(2012年),51岁,69 - 75。

AnnamalaiKirubakaran Shailendra Jain,拉杰什·库马尔Nema,“DSP-Controlled电力电子接口基于燃料电池——分布式发电”,IEEE电力电子,26卷,没有。2011年12月12日。

一个。Kirubakaran、s . Jain和r·k·Nema”回顾燃料电池技术和电力电子接口,“Int.J.Renew。维持。13卷,能源牧师。9日,第2440 - 2430页,2009年12月。

M.Uzunoglu,硕士阿拉姆”,动态建模、设计和仿真的结合PEM燃料电池和电容系统”,IEEE能量转换,月不。2006年9月3日,767年。

M。Tanrioven和m . s .阿拉姆”,建模、控制和电能质量评估的PEM燃料作为居住用途基于单元的供电系统,“IEEE反式:印第安纳州。,42卷,不。6日,页。1582 - 1589年11月/ 12月。2006年。

J。Anzicek和M。汤普森,”凯特林大学的宝石直流-直流提升转换器设计燃料电池车,”在Proc, IEEE Elect.Insul.Conf。,2005年。

W。高,“燃料电池混合动力列车的性能比较和燃料Cell-ultracapacitor混合动力系统,“IEEE Trans.Veh。抛光工艺。,vol. 54, no. 3, pp. 846–855, May 2005

K。Rajashekara”,混合燃料电池的清洁发电策略”,IEEE反式。我和。达成。,vol. 41, no. 3, pp. 682–689, May/Jun. 2005.Y.Beck, B.Bishara, and D.Medini, “Connecting an alternative energy source to the power grid by a DSP controlled DC/ACinverter,”in Proc. IEEE PES, Jul. 11–15, 2005, pp. 120–124.

电源模块燃料C l形的用户手册,灭™,巴拉德动力系统。公元前,加拿大本拿比,2005年。

'El-Sharkh,。拉赫曼,硕士阿拉姆,Sakla,伯恩,T。托马斯,“分析有源和无功功率控制的独立PEM燃料电池发电厂,“IEEE电力系统,19卷,o。4, 2004年11月。

马丁佩里和S。Kotso”,后备电源解决方案没有电池,“在Proc, IEEE

Telecommun。能源相依,9月。19号,2004年,页210 - 217。

R。Gopinath, S。金,黄永发。哈恩,期票Enjeti, M.B.年,J.W.Howze”,发展低成本燃料电池逆变器系统的DSP控制,“IEEE反式。电力电子。,vol.19,不。5,Sep.2004 pp.1256 - 1262。