一种PEM燃料电池主动参与微电网的一次调频控制方法

本发明涉及微电网一次调频，具体是一种pem燃料电池主动参与微电网的一次调频控制方法。

背景技术：

1、随着能源结构的转型和环保要求的提升，分布式发电系统得到了广泛关注。微电网作为分布式发电系统的重要组成部分，能够有效地整合多种能源，提高能源利用效率，同时保证供电的可靠性和安全性。

2、然而，微电网在运行过程中，由于各种因素的影响，如负载变化、设备故障等，会导致微电网的频率发生波动，进而影响电能质量和系统的稳定运行。

3、pem燃料电池作为一种清洁、高效的能源转换装置，在微电网中扮演着越来越重要的角色。它不仅能够提供稳定的电力输出，而且具有响应速度快、可调度性强的特点，非常适合参与微电网的频率调节。

4、然而，传统的pem燃料电池控制策略主要关注于最大化其功率输出，而对于其在微电网调频中的应用研究相对较少。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种pem燃料电池主动参与微电网的一次调频控制方法，包括以下步骤：

2、1)获取pem燃料电池和微电网的运行数据；

3、2)基于微电网的运行数据，计算微电网频率偏差值，并设定pem燃料电池的调频死区；

4、3)构建基于改进滑模控制、考虑温度影响的pem燃料电池一次调频控制器；

5、4)pem燃料电池一次调频控制器基于pem燃料电池运行数据，对pem燃料电池的输出功率进行调整，进而实现对微电网频率的控制。

6、进一步，当微电网频率偏差值大于调频死区时，pem燃料电池参与微电网的一次调频。

7、进一步，当微电网频率偏差值满足δfmin≤δf＜0-δfdz时，pem燃料电池一次调频控制器自适应调节pem燃料电池的输出功率，使pem燃料电池抑制微电网频率的向下波动；

8、当微电网频率偏差值满足0+δfdz≤δf＜δfmax时，pem燃料电池一次调频控制器自适应调节pem燃料电池的输出功率，使pem燃料电池抑制微电网频率的向上波动；

9、δfmax和δfmin分别为微电网允许的最大和最小频率偏差；δfdz表示频率调节死区的边界值；δf表示微电网频率偏差值。

10、进一步，pem燃料电池运行数据包括pem燃料电池的电压、电流、内部温度；

11、微电网的运行数据包括微电网的实时频率、微电网频率标称值。

12、进一步，微电网的频率偏差值等于微电网频率标称值、微电网的实时频率之差。

13、进一步，pem燃料电池的最大发电功率点满足下式：

14、

15、式中，ifc、vfc为pem燃料电池的电流和电压；pfc为pem燃料电池的发电功率。

16、进一步，pem燃料电池一次调频控制器如下所示：

17、

18、

19、式中，和分别表示滑模面调节项δsfc的最大值和最小值；表示δsfc的标称值；和分别表示δsfc对应于向下和向上的频率波动；δfmax和δfmin分别为微电网允许的最大和最小频率偏差；δfdz表示频率调节死区的边界值；αdown和αup分别表示一次频率调节的滑动模式系数；βdown和βup分别表示一次频率调节的温度系数；δf表示微电网频率偏差值；δtfc表示温度变化量、ζdown和ζup分别表示一次频率调节的截距。

20、进一步，构建基于改进滑模控制、考虑温度影响的pem燃料电池一次调频控制器的步骤包括：

21、3.1)根据pem燃料电池输出的电压、电流构建滑模函数，其中，滑模面sfc如下所示：

22、

23、式中，ifc、vfc为pem燃料电池的电流和电压；pfc为pem燃料电池的发电功率；

24、3.2)构建pem燃料电池一次调频控制器的控制变量ifc,ref，即：

25、

26、式中，为控制变量ifc,ref的偏导数；

27、pem燃料电池一次调频控制器的指数趋近律法则如下所示：

28、

29、式中，sfc为滑模面；为滑模面偏导；η、κ为系数；

30、其中，饱和函数sat()如下所示：

31、

32、式中，h为饱和函数的系数；δ为常数；

33、3.3)基于lyapunov稳定性判据对控制变量ifc,ref进行优化，得到：

34、

35、3.4)为pem燃料电池预留功率储备，以响应微电网频率波动，更新滑模面，即：

36、

37、式中，δsfc为滑模面调节项；

38、3.5)构建基于改进滑模控制、考虑温度影响的pem燃料电池一次调频控制器。

39、进一步，所述lyapunov稳定性判据是指，假设pem燃料电池滑模面sfc≠0，若使其sfc收敛，必存在不等式

40、如果存在一个连续函数v满足公式(10)，那么系统将在滑模面sfc＝0处稳定，即

41、

42、式中，v为连续函数。

43、本发明的技术效果是毋庸置疑的，本发明通过数据检测设备实时检测，获取pem燃料电池的电压、电流、内部温度以及微电网的频率偏差值等数据，当微电网的频率偏差值超过调频死区时，基于改进滑模控制的一次调频控制迅速调节滑模面调节项的值，进一步改变pem燃料电池的制氢电流参考指令，使pem燃料电池能够有效的参与微电网频率的双向调节，解决了高新能源渗透下的微电网一次调频能力不足和现有pem燃料电池一次调频技术匮乏和缺乏考虑温度对调频性能影响的问题。

44、本发明在微电网中配置pem燃料电池，充分利用pem燃料电池响应速度快、功率调节范围宽的特性，当微电网发生频率波动时，pem可快速改变其输出功率参与微电网的一次调频。另外，本发明提出的pem燃料电池一次调频策略考虑了pem燃料电池内部温度对一次调频控制策略的影响，为今后pem燃料电池一次调频研究提供技术参考，具有较高的社会价值及应用前景。

技术特征：

1.一种pem燃料电池主动参与微电网的一次调频控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种pem燃料电池主动参与微电网的一次调频控制方法，其特征在于，当微电网频率偏差值大于调频死区时，pem燃料电池参与微电网的一次调频。

3.根据权利要求1所述的一种pem燃料电池主动参与微电网的一次调频控制方法，其特征在于，当微电网频率偏差值满足δfmin≤δf＜0-δfdz时，pem燃料电池一次调频控制器自适应调节pem燃料电池的输出功率，使pem燃料电池抑制微电网频率的向下波动；

4.根据权利要求1所述的一种pem燃料电池主动参与微电网的一次调频控制方法，其特征在于，pem燃料电池运行数据包括pem燃料电池的电压、电流、内部温度；

5.根据权利要求4所述的一种pem燃料电池主动参与微电网的一次调频控制方法，其特征在于，微电网的频率偏差值等于微电网频率标称值、微电网的实时频率之差。

6.根据权利要求1所述的一种pem燃料电池主动参与微电网的一次调频控制方法，其特征在于，pem燃料电池的最大发电功率点满足下式：

7.根据权利要求1所述的一种pem燃料电池主动参与微电网的一次调频控制方法，其特征在于，pem燃料电池一次调频控制器如下所示：

8.根据权利要求1所述的一种pem燃料电池主动参与微电网的一次调频控制方法，其特征在于，构建基于改进滑模控制、考虑温度影响的pem燃料电池一次调频控制器的步骤包括：

9.根据权利要求1所述的一种pem燃料电池主动参与微电网的一次调频控制方法，其特征在于，所述lyapunov稳定性判据是指，假设pem燃料电池滑模面sfc≠0，若使其sfc收敛，必存在不等式

技术总结本发明公开一种PEM燃料电池主动参与微电网的一次调频控制方法，包括以下步骤：1)获取PEM燃料电池和微电网的运行数据；2)基于微电网的运行数据，计算微电网频率偏差值，并设定PEM燃料电池的调频死区；3)构建基于改进滑模控制、考虑温度影响的PEM燃料电池一次调频控制器；4)PEM燃料电池一次调频控制器基于PEM燃料电池运行数据，对PEM燃料电池的输出功率进行调整，进而实现对微电网频率的控制。本发明充分利用PEM燃料电池响应速度快、功率调节范围宽的特性，当微电网发生频率波动时，PEM可快速改变其输出功率参与微电网的一次调频。技术研发人员：任洲洋,吴龙受保护的技术使用者：重庆大学技术研发日：技术公布日：2024/8/1