摘要：目前全球能源形势依旧严峻，新能源的发展已经成为各个国家的发展战略。其中质子交换膜燃料电池被誉为最具有前景的燃料电池，目前已经在中小功率取得了很好的发展，如燃料电池电动汽车和小型分布式发电系统。因此，对质子交换膜燃料电池的工作特性进行了研究，结合质子交换膜燃料电池的特点设计了一种燃料电池发电系统，并基于MATLAB/Simulink进行仿真。

本文给出了一种两级式结构的发电系统，其中前级采用了全桥变换器作为DC-DC变换器，并设计了电压电流双闭环的控制策略来提高系统的快速性和稳定性。针对所设计的全桥变换器，在MATLAB/Simulink中进行仿真，观察输出电压的稳定性和抗干扰能力；后级采用三相两电平逆变电路作为DC-AC逆变器，设计了一种基于数学表达式的PQ控制，并采用性能更好的SVPWM来控制逆变器的工作。针对所设计的逆变电路，在MATLAB/Simulink中进行仿真，验证其性能和抗干扰能力。

最终，针对设计的整个燃料电池发电系统在MATLAB/Simulink中进行仿真，仿真结结果符合并网要求。为燃料电池发电系统的实际应用提供理论指导。

关键词：燃料电池发电系统，质子交换膜燃料电池，全桥变换器，三相两电平逆变电路，MATLAB/Simulink

 

目录

摘要

ABSTRACT

第一章  绪  论-1

1.1能源危机-1

1.2燃料电池——新能源突破口-1

1.2.1燃料电池与分布式发电系统-1

1.2.2燃料电池的分类及原理-2

1.2.3燃料电池的性能特点-3

1.3燃料电池发电系统-4

1.3.1燃料电池发电系统的基本构成-4

1.3.2燃料电池发电系统的发展现状-4

1.4前级DC-DC变换器的分类及特点-5

1.5后级DC-AC变换器的分类及特点-8

1.6本文主要内容-9

第二章  质子交换膜燃料电池-10

2.1质子交换膜燃料电池的工作原理-10

2.2质子交换膜燃料电池的建模-11

2.2.1质子交换膜燃料电池的系统模型-11

2.2.2质子交换膜燃料电池的数学模型-12

2.2.3质子交换膜燃料电池的输出特性-14

2.3质子交换膜燃料电池软件仿真-14

第三章  前级DC-DC变换器-16

3.1全桥变换器原理分析-16

3.1.1全桥变换器的电路结构-16

3.1.2全桥变换器的工作原理-17

3.1.3全桥变换器的数学模型-18

3.2全桥变换器的器件选型-18

3.2.1高频变压器变比选择-18

3.2.2开关器件选型-19

3.2.3 LC滤波电路参数选择-19

3.3全桥变换器的控制策略-20

3.3.1系统控制框图-20

3.3.2双闭环闭环参数计算-21

3.3.3移相控制策略-22

3.4全桥变换器软件仿真-23

3.4.1全载起动减载扰动-24

3.4.2半载起动加载扰动-26

第四章  后级DC-AC逆变器-28

4.1电压型三相桥式逆变电路的电路结构及原理-28

4.2电压型三相桥式逆变电路的器件选型-28

4.3电压型三相桥式逆变电路的控制策略-28

4.3.1 SVPWM技术-29

4.3.2同步锁相环-30

4.3.3电流控制-32

4.3.4功率检测-32

4.3.5基于数学表达式的PQ控制-33

4.4电压型三相桥式逆变电路软件仿真-35

4.4.1额定有功运行仿真-35

4.4.2有功给定突变仿真-37

4.4.3无功给定突变仿真-39

第五章  燃料电池发电系统仿真-42

5.1燃料电池发电系统仿真模型-42

5.2仿真结果与分析-42

5.2.1额定有功运行仿真-42

5.2.2有功给定突变仿真-44

5.2.3 无功给定突变仿真-46

第六章  总结与展望-49

参考文献-50

致  谢-52