1.一种实现燃料电池阵列最优效率区间的控制方法,其特征在于,包括步骤:S100采集燃料电池阵列中每个燃料电池输出的燃料电池电压和燃料电池电流,采集与每个燃料电池级联的变换器输出的变换器电压和变换器电流,采集负载输入的负载电压和负载电流;
S200将燃料电池电压、燃料电池电流、负载电压、负载电流、变换器电压和变换器电流进行数据拟合得到燃料电池效率电流曲线和燃料电池功率电流曲线;
S300根据燃料电池效率电流曲线,设定燃料电池最大功率电流IP_max、燃料电池最大功率PFC_max和燃料电池最大功率电压VP_max的值;根据燃料电池功率电流曲线,设定燃料电池最大效率电流IE_max和燃料电池最大效率功率 的值;根据燃料电池最大效率电流IE_max设定燃料电池最大效率波动电流ΔIE的值;根据燃料电池最大效率功率 设定燃料电池最大效率波动功率ΔPE的值;以上所设定的值需满足限制条件:IE_max+ΔIE‑IP_max<IP_max*
2%和
根据系统需求,设定系统母线电压Vbus和负载需求最大功率Pload_max,其中负载需求最大功率满足根据燃料电池特性,设定燃料电池最大正向波动功率ΔPP_max和燃料电池最大反向波动功率ΔPN_max的值;
S400根据燃料电池最大功率PFC_max、燃料电池最大效率功率 和燃料电池最大效率波动功率ΔPE划分负载功率Pload的范围;在所划分的不同范围内,根据燃料电池最大功率电流IP_max、燃料电池最大功率电压VP_max、燃料电池最大效率电流IE_max、燃料电池最大效率波动电流ΔIE、燃料电池最大正向波动功率ΔPP_max、燃料电池最大反向波动功率ΔPN_max、系统工作电压Vbus和/或负载需求最大功率Pload_max,确定各燃料电池阵列中每个燃料电池级联的变换器的工况,从而控制燃料电池阵列的输出状态;
所述步骤S400包括步骤:
S410首先设定与1号燃料电池级联的1号变换器和设定与5号燃料电池级联的5号变换器的输出电压均恒定为S420检测负载功率Pload:
(1)当 启动1号燃料电池和5号燃料电池平分负载功率;
(2)当 时,根据1号燃料电池和5号燃料电池的电压,确
定1号燃料电池和5号燃料电池的工况;
步骤(2)中包括:
(21)若只有1号燃料电池的电压小于燃料电池最大功率电压VP_max,启动2号燃料电池补充缺额功率;并恒定1号燃料电池以电流IE_max‑ΔIE输出,5号燃料电池以燃料电池最大功率电流IP_max恒定输出;
(22)若只有5号燃料电池的电压小于燃料电池最大功率电压VP_max,启动6号燃料电池补充缺额功率;恒定5号燃料电池以电流IE_max‑ΔIE输出,1号燃料电池以燃料电池最大功率电流IP_max恒定输出;
(23)若1号燃料电池和5号燃料电池的电压均小于燃料电池最大功率电压VP_max,启动2号燃料电池和6号燃料电池补充缺额功率;恒定1号燃料电池和5号燃料电池均以电流IE_max‑ΔIE输出;
(24)若以上状态均不满足,恒定1号燃料电池和5号燃料电池以燃料电池最大功率电流IP_max输出;
另外,当负载需求功率增加时,限制燃料电池输出功率变化值小于燃料电池正向波动功率ΔPP_max;当负载需求功率减小时,限制燃料电池输出功率变化值小于燃料电池反向波动功率ΔPN_max;
(3)当 时,启动2号燃料电池和6号燃料电池补充缺额功
率;同时1号燃料电池和5号燃料电池均恒定以电流IE_max‑ΔIE输出;
(4)当 时,启动1号燃料电池、2号燃料电池、5号
燃料电池和6号燃料电池且均以电流 恒定输出;
(5)当 时,根据1号燃料电池和2号燃料电池的电压,以
及5号燃料电池和6号燃料电池的电压;确定1号燃料电池、2号燃料电池、3号燃料电池、5号燃料电池、6号燃料电池和7号燃料电池的工况;
步骤(5)中包括:
(51)若1号燃料电池和2号燃料电池的电压均等于燃料电池最大功率电压VP_max,恒定1号燃料电池和2号燃料电池以燃料电池最大功率电流IP_max输出;
(52)若1号燃料电池和2号燃料电池中任意一个的电压小于燃料电池最大功率电压VP_max;启动3号燃料电池补充系统缺额功率,其中当 时,恒定1号和2号燃料电池以电流IE_max‑ΔIE输出;当 时,1号燃料电池、2号燃料电池和3号燃料电池均以电流 恒
定输出;
(53)若5号燃料电池和6号燃料电池的电压均等于燃料电池最大功率电压VP_max,恒定5号和6号燃料电池以燃料电池最大功率电流IP_max输出;
(54)若5号燃料电池和6号燃料电池中任意一个电压小于燃料电池最大功率电压VP_max,启动7号燃料电池补充缺额功率;当 时,恒定5号和6号燃料电池以电流IE_max‑ΔIE输出;当 时,5号燃料电池、6号燃料电池和7号燃料电池均以电流 恒定输出;
其中,当负载需求功率增加时,限制燃料电池输出功率变化值小于燃料电池正向波动功率ΔPP_max;当负载需求功率减小时,限制燃料电池输出功率变化值小于燃料电池反向波动功率ΔPN_max;
(6)当4PFC_max<Pload≤6PFC_max时,启动3号燃料电池和7号燃料电池补充缺额功率;
步骤(6)中包括:
判断 是否成立;
若成立,当 时,1号燃料电池、2号燃料电池、5号燃料电池和6号燃料电池均以电流IE_max‑ΔIE恒定输出;当 时,1号燃料电池、2号燃料电池、3号燃料电池、5号燃料电池、6号燃料电池和7号燃料电池均以电流恒定输出;当 时,分以下四种情况:①若1号燃料电池、2号燃料电池和3号燃料电池的电压均等于燃料电池最大功率电压VP_max,恒定1号燃料电池、2号燃料电池和3号燃料电池以燃料电池最大功率电流IP_max输出;②若1号燃料电池、2号燃料电池和3号燃料电池中任意一个的电压小于燃料电池最大功率电压VP_max,启动4号燃料电池补充系统缺额功率;当 时,恒定1号燃料电池、2号燃料电池和3号燃料电池均以电流IE_max‑ΔIE输出;当时,恒定1号燃料电池、2号燃料电池、3号燃料电池和4号燃料电池均以电流输出;③若5号燃料电池、6号燃
料电池和7号燃料电池的电压均等于燃料电池最大功率电压VP_max,恒定5号燃料电池、6号燃料电池和7号燃料电池以燃料电池最大功率电流IP_max输出;④若5号燃料电池、6号燃料电池和7号燃料电池中任意一个的电压小于燃料电池最大功率电压VP_max,启动8号燃料电池补充系统缺额功率;当 时,恒定5号燃料电池、6号燃料电池和7号燃料电池均以电流IE_max‑ΔIE输出;当 时,恒定5号燃料电池、6号燃料电池、7号燃料电池和8号燃料电池均以电流 输
出;
若 不成立:当 时,1号燃料电池、2号燃
料电池、3号燃料电池、5号燃料电池、6号燃料电池和7号燃料电池均以电流恒定输出;当 时,
分以下四种情况:①若1号燃料电池、2号燃料电池和3号燃料电池的电压均等于燃料电池最大功率电压VP_max,恒定1号燃料电池、2号燃料电池和3号燃料电池以燃料电池最大功率电流IP_max输出;②若1号燃料电池、2号燃料电池和3号燃料电池中任意一个的电压小于燃料电池最大功率电压VP_max,启动4号燃料电池补充系统缺额功率;当 时,恒定1号燃料电池、2号燃料电池和3号燃料电池均以电流IE_max‑ΔIE输出;当时,恒定1号燃料电池、2号燃料电池、3号燃料电池和4号燃料电池均以电流输出;③若5号燃料电池、6号燃
料电池和7号燃料电池的电压均等于燃料电池最大功率电压VP_max,恒定5号燃料电池、6号燃料电池和7号燃料电池以燃料电池最大功率电流IP_max输出;④若5号燃料电池、6号燃料电池和7号燃料电池中任意一个的电压小于燃料电池最大功率电压VP_max,启动8号燃料电池补充系统缺额功率;当 时,恒定5号燃料电池、6号燃料电池和7号燃料电池均以电流IE_max‑ΔIE输出;当 时,恒定5号燃料电池、6号燃料电池、7号燃料电池和8号燃料电池均以电流 输
出;
当负载需求功率增加时,限制燃料电池输出功率变化值小于燃料电池正向波动功率ΔPP_max;当负载需求功率减小时,限制燃料电池输出功率变化值小于燃料电池反向波动功率ΔPN_max;
(7)当6PFC_max<Pload≤Pload_max时,启动4号燃料电池和8号燃料电池补充缺额功率;
步骤(7)中包括:
判断 是否成立;
若成立:当 时,1号燃料电池、2号燃料电池、3号燃料电池、5号燃料电池、6号燃料电池和7号燃料电池均以电流IE_max‑ΔIE恒定输出;当时,1号燃料电池、2号燃料电池、3号燃料电池、4号燃料电池、5号燃料电池、6号燃料电池、7号燃料电池和8号燃料电池均以电流 恒定输出;
若 不成立:1号燃料电池、2号燃料电池、3号燃料电池、4号燃料电池、5号燃料电池、6号燃料电池、7号燃料电池和8号燃料电池均以电流恒定输出;
当负载需求功率增加时,限制燃料电池输出功率变化值小于燃料电池正向波动功率ΔPP_max;当负载需求功率减小时,限制燃料电池输出功率变化值小于燃料电池反向波动功率ΔPN_max。
2.一种实现燃料电池阵列最优效率区间的控制系统,其特征在于,基于权利要求1所述的一种实现燃料电池阵列最优效率区间的控制方法,包括燃料电池阵列系统(100)、发电控制系统(200)和负载(300);所述燃料电池阵列系统(100)的电源输出端连接至负载(300)的电源输入端,所述发电控制系统(200)分别连接至燃料电池阵列系统(100)以及负载(300)的进线上;
所述燃料电池阵列系统(100)包括多个相互串联的燃料电池阵列(001)(002),所述燃料电池阵列包括多个燃料电池和与燃料电池级联的变换器,每个变换器相互并联;
所述发电控制系统(200)包括燃料电池阵列发电控制单元(004)和用于采集系统电压电流信号的采集调理电路(003),采集燃料电池阵列(001)(002)中每个燃料电池输出的燃料电池电压和燃料电池电流,采集与每个燃料电池级联的变换器输出的变换器电压和变换器电流,采集负载(300)输入的负载电压和负载电流,并将信号传输给燃料电池阵列发电控制单元(004);所述燃料电池阵列发电控制单元(004)还连接至每个变换器。
3.根据权利要求2所述的一种实现燃料电池阵列最优效率区间的控制系统,其特征在于,所述燃料电池阵列发电控制单元(004)包括FPGA控制器、AD转换电路和PWM控制电路,所述FPGA控制器分别连接AD转换电路和PWM控制电路,所述AD转换电路连接采集调理电路(003),所述PWM控制电路连接至每个变换器。
4.根据权利要求3所述的一种实现燃料电池阵列最优效率区间的控制系统,其特征在于,所述燃料电池阵列发电系统包括两个燃料电池阵列(001)(002),每个燃料电池阵列(001)(002)中包括四个燃料电池,每个燃料电池上都设置有各自的变换器。
5.根据权利要求4所述的一种实现燃料电池阵列最优效率区间的控制系统,其特征在于,所述变换器为交错并联拓扑结构的直直Boost变换器。