一种氢燃料电池并入电网的模糊滑模控制方法

本发明涉及电网控制的，尤其是涉及一种氢燃料电池并入电网的模糊滑模控制方法。

背景技术：

1、氢能被认为是一种绿色、高效、应用范围广泛的次世代能源。与其他清洁能源相比，氢能不仅具有清洁、低碳、无污染的特点，而且在能源、交通运输、工业和建筑等领域都有着广泛的应用。其中一个应用背景为：通过氢燃料电池将氢能转化为电能，并将其并入微电网发电系统中，以在高峰时段辅助供电。这种方法不仅可以有效利用风能和太阳能的过剩部分，还可以提供稳定的清洁能源供应，从而促进微电网的可持续发展，减少对传统能源的依赖，降低环境污染。

2、但是，在控制氢燃料电池并入电网时，目前的传统的滑模控制的降低抖动的效果不佳，电流抖振很大，鲁棒性差。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了提高氢燃料电池并入电网时的鲁棒性而提供的一种氢燃料电池并入电网的模糊滑模控制方法。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、一种氢燃料电池并入电网的模糊滑模控制方法，方法包括：

4、构建包括氢燃料电池的微电网发电系统，所述系统包括氢燃料电池的模型、升压电路、dc/ac变换器、滤波器、负载、变压器、电网、模糊滑模模块和pwm模块，所述氢燃料电池的模型的输出端连接升压电路的输入端，升压电路的输出端连接dc/ac变换器的一端，dc/ac变换器的另一端连接滤波器的一端，滤波器的另一端连接变压器和负载，所述变压器连接电网，负载的电流作为模糊滑模模块的输入，模糊滑模模块的输出连接pwm模块，pwm模块连接dc/ac变换器；

5、氢燃料电池的模型的输出的电压经过升压电路升压后进入dc/ac变换器逆变，将逆变后的负载的电流输入模糊滑模模块，根据设置的滑模面、滑模趋近率以及模糊规则，模糊滑模模块输出控制电压，所述控制电压输入pwm模块中，pwm模块输出控制信号，所述控制信号控制dc/ac变换器的开关状态。

6、进一步地，所述模糊滑模模块输出的控制电压为：

7、

8、un＝-k3s-k4sgn(s)

9、其中，k为模糊系数，通过模糊系数k将切换控制模糊化，k1和k2是滑模面参数，k3和k4是趋近率参数，ueq表示等效项，s表示滑模面，sgn(s)为符号函数，l1是逆变器侧电感值，cf表示电容值，udc表示母线电压，uc表示电容电压，lg表示并网侧电感值；

10、所述等效项的求解过程为：

11、对滑模面进行求导，将误差e和滤波器的简化公式代入滑模面的一阶导数为0的等式，得到等效项。

12、进一步地，所述滑模面为：

13、

14、e＝ig-iref

15、其中，ig表示负载的电流，iref表示参考电流，e表示误差。

16、进一步地，所述模糊规则为：

17、

18、其中，s表示滑模面，n表示小，z表示中，p表示大。

19、进一步地，所述模糊规则对应的隶属度函数为：

20、

21、

22、

23、进一步地，所述氢燃料电池的模型为：

24、vcell＝enernst-eact-eohmic-econ

25、其中，vcell表示燃料电池的输出电压，enernst表示能斯特电压，eact表示活化极化过电势，eohmic表示欧姆极化过电势，econ表示浓差极化过电势。

26、进一步地，所述能斯特电压、活化极化过电势、欧姆极化过电势和浓差极化过电势分别为：

27、

28、

29、

30、

31、econ＝m·exp(n·i)

32、m＝1.1×10-4-1.2×10-6(tst-273.15)tst＞312.15k

33、m＝3.3×10-3-8.2×10-5(tst-273.15)tst＜312.15k

34、其中，a和b为常数，分别是8.5×10-4和4.3085×10-5；tst表示燃料电池工作温度；和表示催化剂与气体界面处的氢气/氧气有效分压；ε1、ε3和ε4是模型系数，它们的值分别是-0.9514，7.4×10-5，-1.87×10-4，和表示为气液界面h2/o2的溶解浓度，i表示燃料电池电流，i表示电流密度，a表示质子交换膜活化面积，rc和rm表示电子流道和质子流道的等效电阻。

35、进一步地，所述升压电路为boost电路。

36、进一步地，所述boost电路对氢燃料电池的模型输出的电压进行升压，所述boost电路采用双闭环pi控制。

37、进一步地，所述pwm模块为spwm模块。

38、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

39、本发明采用模糊滑模控制，将实际电流与期望电流输入到模糊滑模控制器中，输出合适的控制率进入pwm调制，通过模糊算法改经传统的滑模控制可以使得系统在负载发生变换的情况下，系统能够根据实际情况自动的改变滑模切换增益从而使得输出抖振降低，提高鲁棒性。

技术特征：

1.一种氢燃料电池并入电网的模糊滑模控制方法，其特征在于，方法包括：

2.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池并入电网的模糊滑模控制方法，其特征在于，所述模糊滑模模块输出的控制电压为：

3.根据权利要求2所述的一种氢燃料电池并入电网的模糊滑模控制方法，其特征在于，所述滑模面为：

4.根据权利要求3所述的一种氢燃料电池并入电网的模糊滑模控制方法，其特征在于，所述模糊规则为：

5.根据权利要求4所述的一种氢燃料电池并入电网的模糊滑模控制方法，其特征在于，所述模糊规则对应的隶属度函数为：

6.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池并入电网的模糊滑模控制方法，其特征在于，所述氢燃料电池的模型为：

7.根据权利要求6所述的一种氢燃料电池并入电网的模糊滑模控制方法，其特征在于，所述能斯特电压、活化极化过电势、欧姆极化过电势和浓差极化过电势分别为：

8.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池并入电网的模糊滑模控制方法，其特征在于，所述升压电路为boost电路。

9.根据权利要求8所述的一种氢燃料电池并入电网的模糊滑模控制方法，其特征在于，所述boost电路对氢燃料电池的模型输出的电压进行升压，所述boost电路采用双闭环pi控制。

10.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池并入电网的模糊滑模控制方法，其特征在于，所述pwm模块为spwm模块。

技术总结本发明涉及一种氢燃料电池并入电网的模糊滑模控制方法，方法包括：构建包括氢燃料电池的微电网发电系统；氢燃料电池的模型的输出的电压经过升压电路升压后进入DC/AC变换器逆变，将逆变后的负载的电流输入模糊滑模模块，根据设置的滑模面、滑模趋近率以及模糊规则，模糊滑模模块输出控制电压，所述控制电压输入PWM模块中，PWM模块输出控制信号，所述控制信号控制DC/AC变换器的开关状态。与现有技术相比，本发明具有等优点。技术研发人员：杨旭红,孙家兴,王镜鉴,于成浩,李辰昊,徐坤受保护的技术使用者：上海电力大学技术研发日：技术公布日：2024/8/1