翻译电阻匹配算法的MPPT的燃料电池系统

M.Anbarasan¹,K.Latha²

PG学者、电力电子和驱动器,CEG,安娜大学,钦奈,印度。
学院电气工程印度钦奈,CEG安娜大学

文摘

燃料细胞作为一种可再生能源被认为是最有前途的电力来源之一。燃料电池的特点是提取直流电源,在低电压水平,本文提出了一个基于原型的电力电子燃料电池模拟器。它可以有效地取代真正的电化学燃料电池堆栈。这种新的燃料电池的功率级模拟器由dc-to-dc巴克转换器。模拟器干扰提高转换器的方法,使用MATLAB / SIMULINK和模拟。燃料电池模拟器性能是评价燃料流量和负荷的变化,仿真与实验结果。本文翻译一个新的MPPT算法,自动调整步长根据操作点,最终调整为零。

关键字

MPPT-Maximum灵能点跟踪,FCE-Fuel电池模拟器。

介绍

燃料电池现在的边缘被引入商业,革新我们目前发电的方式。燃料电池可以使用氢作为燃料,提供的前景为世界提供清洁、可持续的电力。燃料电池被称为“氢的微芯片时代,“这种清洁可再生能源被视为替代化石燃料的使用在世界经济运行。事实上,燃料电池系统(FCS)需要几个辅助组件以正常工作。另一方面燃料电池堆栈的价格,成本的纯氢和燃料电池堆栈的使用寿命取决于使用的小时数。所有上述问题需要使用的低成本设备电像真正的FCs,但其测试不是风险。这些系统被称为模拟器。

翻译基于提高转换器的最大功率点跟踪(MPPT)提出了FCS使用电阻匹配方法来提取最大可用功率FCS的所有条件。这种技术在燃料电池模拟器验证(FCE考试)。在这里,FCE考试作为替代实际FCS从而节约成本和精力。翻译成功的工作后的MPPT基础提高变换器,它可以直接与实际的FCS获得最大的功率输出。

燃料电池模拟器

FCS模拟器实现直升机,特别是经典直流-直流转换器。巴克开关直流-直流转换器已经选择,操作以恒定开关频率和一个常数输入直流电压Vs,输出直流电压时签证官是通过改变变频器的责任周期。图1显示的框图PEM-FC模拟器使用PI控制器提出了。这个模拟器的目的是再现PEM-FC模型所需的。模拟器主要由直流-直流转换器和一个控制系统。巴克转换器工作主要是在激活和电阻区域。通过传感buck变换器的电压和电流,发现的电阻负载。。这里使用的查表有电阻的值和相应的电压对各种燃料流量对应特定的vi特征模拟质子交换膜燃料电池堆栈。根据燃料流量和负载电阻,从查表选择合适的电压,这个电压设置为参考电压,实际值测量电路和参考电压PI控制器。PI控制器控制开关的占空比,这样,buck变换器的输出将遵循PEM-FC堆栈vi的特点

这个模拟器模拟的激活和电阻区域所需的极化曲线。浓度区域是消除在这个地区,因为电压急剧下降和巴克转换器操作在低占空比。这会影响变换器的效率和产生电磁干扰问题。图3显示了巴克转换器的电气方案。

基于功率MOSFET的直流-直流buck变换器开关频率fs = 20 KHz选择。变频器输出滤波器的设计的基础上进行了以下条件:

我,转换器是理想的组件。

二世。电感电流连续模式。

三世。寄生电阻被忽略。

上述情况导致,

最大功率点跟踪

FC系统的发电能力是有限的。所以有必要力系统操作条件对应于最大功率点(MPP)的足球俱乐部。一般来说,FCS操作结合直流-直流功率转换器,是谁的责任周期调制为了追踪的瞬时MPP FCE考试。导出了特征的FC堆栈,图4所示的存在只有一个MPP特定燃料流量

提高转换器放在FCE考试和电阻负载。图5显示了翻译的MPPT过程的示意图。通过改变提高变换器的工作周期,FCE考试的网络阻抗被改变了。如果负载阻抗等于输出阻抗的FC MPP,俱乐部将提供最大功率。因此翻译提出的MPPT算法控制boost变换器的工作周期,这将迫使FCE考试提供其最大功率。一般来说,FCS操作结合直流-直流功率转换器,是谁的责任周期调制为了追踪的瞬时MPP FC来源。

答:电阻匹配算法

MPPT控制器实现了电阻匹配算法。这里使用的模拟器系统的额定功率低,因此增量电导的方法很难实现。也足够充分,电阻匹配算法实现燃料电池系统。翻译P&O MPPT方法的一个缺点是,在稳定状态下,操作点在MPP振荡引起的浪费一些可用的能量。

几个P&O算法的改进提出了为了减少振荡在MPP稳定状态。

电阻匹配方法找到一个有效的方法来提高跟踪精度,克服翻译传统MPPT算法的缺点。修改后的阻抗匹配方法的流程图算法是图6所示。一般来说,FC的MPP中存在电阻或浓差极化区域根据其设计和操作条件。一般可用性,该算法旨在解释这两种情况下的两种操作模式间切换。在该算法中,总是通过假设初始化MPP存在于欧姆极化区和MPP预计的位置使用经典的最大功率传输理论。如果假设被证明是无效的,该算法然后切换到第二个模式和MPP位于通过渐进式搜索步进式的方式。算法的流程图描述了图6所示。

图7显示了,当PEM-FC控制操作在两个相邻输出电流,I1和I2 (> I1),在欧姆极化区,和相应的输出电压,V1和V2,测量,等效电压源和内阻Rin可以计算从方程(3)和(4),分别。因此,对最大功率传输,FC输出电流应监管Iref从方程(5)计算通过调整提高转换器的输入电流。如果存在Iref欧姆极化地区MPP后追踪的计算步骤。

由于条件Rload = Rin一般适用于最大功率传输,需要逐步搜索基于电阻匹配来定位MPP。在这种情况下,试图操作FC Iref计算从方程(5)将导致输出电压低于一个阈值Vmin,这意味着MPP欧姆极化区之外的存在,需要一个先进的搜索。进一步推进,I2首先恢复(I1 + Istep),后跟一个收敛对MPP通过连续Istep。当真正的边际产量是在±Istep I2,进步一步不执行,目标区域开始通过迭代精制Iref估计方程(5)和替换I2→I1 Iref→I2直到到达一个预定义的准确性。在这个国家,发现MPP和出口箱B算法,旨在追踪MPP动态变化的操作条件下在流程图(将在分段讨论B)。

固定Istep时使用,可以提高跟踪精度,减少处罚的步长,但这样做是降低收敛速度。此外,∈的选择必须仔细匹配采用步长自细一步是需要达到高精度。如果搜索不符合预定义的准确性,可能持续下去,I2往往会对真正的MPP稳态振荡。这可以避免采用可变步长,使得PEM-FC之差成正比的内部阻力Rin和提高转换器的输入电阻Rin(提高)。

可变步长Istep制定是由方程(12)。在实践中,比例常数k是一个参数为一个最优调谐跟踪轨迹。

配方,产生一个较大的步长时,现有的操作点是远离MPP自然MPP时减少到零,因此收敛速度较快、精度较高的都是可以实现的。由于步长是最终减少到零,理论上预定义的精度总是满足因此不存在振荡行为。最后,一个正确的符号是自然生成的Istep根据方程

翻译,在大多数应用程序中,MPPT是通过连接电源调节器FCS和负载之间的直流/直流转换器。简化了FCS控制系统操作点是用来直接控制变换器工作周期基于脉冲宽度调制(PWM)。翻译成功的工作后的MPPT基础提高转换器,它可以直接与实际的燃料电池系统(FCS)。

提高转换器

通过改变提高变换器的工作周期,固定负载FCE考试转换为变量的负载。FCE考试的等效输出电阻(请求)可以计算,

上面的方程推导出在理想的条件。从翻译,很明显,MPPT可能与boost变换器负载电阻R大于要求的事情。否则转换器解决一个工作周期的输出功率的FCE考试低于最大期望值,然后由输出电压。

仿真结果

一个。FC模拟器

表1 BUCK变换器的参数

表1显示了巴克转换器的参数,图8显示了16升分钟的实验和模拟结果的比较,图9和图10显示了输出电压

当前PEM-FCE各种燃料流16升分钟,14行分钟,12行分钟。图11和图12显示了输出电压和电流阶跃变化的PEM-FCE负载从10Ω15Ω。表2显示了提高转换器的参数。Afterr集成提高转换器的FCE考试,图13显示了输出电压电流和功率变化时责任的比例提高转换器从0.55到0.65。

集成提高转换器的FCE考试

Fig.13输出波形的电压电流和功率变化时责任的比例提高转换器从0.55到0.65。

结论

燃料电池模拟器设计50 w。燃料电池模拟器性能评估的变化燃料流量和负荷的变化。燃料电池的接口模拟器使用boost变换器模型进行了使用MATLAB仿真软件。不同价值观的责任比例的提高转换器的各自的输出与实际燃料电池燃料电池模拟器匹配值。在开环通过改变占空比的提高转换器的最大功率点。

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