一种燃料电池不间断电源装置

摘要

本发明公开的燃料电池不间断电源装置包括主电路和控制系统，主电路包括旁路开关，三相四线整流器，三相四线逆变器，燃料电池，直流-直流变换器，双向直流-直流变换器和超级电容组，控制系统包括直流母线电压检测环节、超级电容组电压控制环节、两个直流母线输入输出侧电流检测环节、两个内环电流控制环节、直流母线中点电压均衡控制环节。装置通过双向直流-直流变换器和超级电容组提供直流母线电流中低频交流的成分，同时控制正负直流母线电压均衡，在电网不对称或负载三相不平衡时，有效抑制正负直流母线电压的低频脉动，使得燃料电池不间断电源系统的可靠性和寿命不再受电解电容可靠性和寿命的限制，提高了不间断电源装置的可靠性和寿命。

主权项

一种燃料电池不间断电源装置，其特征在于包括主电路和控制系统；主电路包括旁路开关(1)、三相四线整流器(2)、三相四线逆变器(3)、燃料电池(4)、直流‑直流变换器(5)、双向直流‑直流变换器(6)和超级电容组(7)，三相四线整流器(2)的交流输入端和旁路开关(1)的输入端共同连接电网，三相四线整流器(2)的直流输出端通过正、负直流母线和中点线与三相四线逆变器(3)的直流输入端相连，三相四线逆变器(3)的交流输出端和旁路开关(1)的输出端共同连接交流负载，燃料电池(4)输出端连接直流‑直流变换器(5)的输入端，直流‑直流变换器(5)的输出端连接正、负直流母线，双向直流‑直流变换器(6)的输入端与超级电容组(7)的输出端连接，双向直流‑直流变换器(6)的输出端连接三相四线逆变器(3)输入端的正、负直流母线和中点线；控制系统包括：‑直流母线电压检测环节，用于采集直流母线的电压，由母线电压减法器(8)、母线电压误差计算器(10)和逻辑开关(13)组成，母线电压减法器(8)的正输入端连接正直流母线电压信号VBus1，母线电压减法器(8)的负输入端连接负直流母线电压信号VBus2，母线电压误差计算器(10)的负输入端连接母线电压减法器(8)的输出端，母线电压误差计算器(10)的正输入端连接母线电压参考信号VBus_ref，母线电压误差计算器(10)的输出端连接逻辑开关(13)的输入端，逻辑开关(13)的第一输出端(a)给三相四线整流器(2)提供母线电压误差信号VBus_error，逻辑开关(13)的第二输出端(b)给直流‑直流变换器(5)提供母线电压误差信号VBus_error，当燃料电池不间断电源装置由电网供电时，逻辑开关(13)接通第一输出端(a)；当燃料电池不间断电源装置由燃料电池供电时，逻辑开关(13)接通第二输出端(b)；‑超级电容组电压控制环节，用于超级电容组(7)的电压调节，由超级电容组电压误差计算器(20)、超级电容组电压误差调节器(21)组成，其中超级电容组电压误差计算器(20)的负输入端连接超级电容组(7)的电压VSC检测端，超级电容组电压误差计算器(20)的正输入端为超级电容组(7)电压参考信号VSC_ref，超级电容组电压误差计算器(20)的输出端与超级电容组电压误差调节器(21)的输入端相连，超级电容组电压误差调节器(21)的输出端输出超级电容组充电电流的参考信号iSC_ref；‑直流母线中点电压均衡控制环节，用于抑制直流母线中点电压的直流偏置， 控制正负直流母线电压均衡，由平衡电压加法器(14)、平衡电压误差计算器(28)、平衡电压误差调节器(29)组成，平衡电压加法器(14)的一个输入端连接正直流母线电压信号VBus1，平衡电压加法器(14)的另一个输入端连接负直流母线电压信号VBus2，平衡电压加法器(14)的输出端与平衡电压误差计算器(28)的负输入端相连，平衡电压误差计算器(28)的正输入端连接平衡电压参考信号VBalance_ref，平衡电压误差计算器(28)的输出端连接平衡电压误差调节器(29)的输入端，平衡电压误差调节器(29)的输出端连接直流母线中点均衡电流参考信号iBalance_ref；‑第一直流母线输入输出侧电流检测环节，用于采集三相四线整流器(2)输出侧正直流母线电流信号isource1的中低频交流成分以及三相四线逆变器(3)输入侧正直流母线电流信号iload1的中低频交流成分，由第一减法器(11)和第一滤波器(12)组成，第一减法器(11)的正输入端连接三相四线逆变器(3)输入侧正直流母线的电流信号iload1，第一减法器(11)的负输入端连接三相四线整流器(2)输出侧正直流母线的电流信号isource1，第一减法器(11)的输出端连接第一滤波器(12)的输入端，第一滤波器(12)的输出端输出正直流母线中低频电流参考信号iBus_ref1；‑第二直流母线输入输出侧电流检测环节，用于采集三相四线整流器(2)输出侧直流负母线电流信号isource2的中低频交流成分，以及三相四线逆变器(3)输入侧负直流母线电流信号iload2的中低频交流成分，由第二减法器(9)和第二滤波器(27)组成，第二减法器(9)的正输入端连接三相四线逆变器(3)输入侧负直流母线的电流信号iload2，第二减法器(9)的负输入端连接三相四线整流器(2)输出侧负直流母线的电流信号isource2，第二减法器(9)的输出端连接第二滤波器(27)的输入端，第二滤波器(27)的输出端输出负直流母线中低频电流参考信号iBus_ref2；‑第一加法器组，用于第一内环电流控制环节参考电流的计算，由第三加法器(18)和第四加法器(19)组成，第四加法器(19)的一个输入端连接超级电容组充电电流的参考信号iSC_ref，第四加法器(19)的另一个输入端连接直流母线中点均衡电流参考信号iBalance_ref，第四加法器(19)的输出端连接第三加法器(18)的一个输入端，第三加法器(18)的另一个输入端连接正直流母线中低频电流参考信号iBus_ref1，第三加法器(18)的输出端输出第一内环电流控制环节的电流参考信号iBiDC_ref1；‑第二加减法器组，用于第二内环电流控制环节参考电流的计算，由第五加 法器(25)和第六减法器(26)组成，第六减法器(26)的正输入端连接超级电容组充电电流的参考信号iSC_ref，第六减法器(26)的负输入端连接直流母线中点均衡电流参考信号iBalance_ref，第六减法器(26)的输出端连接第五加法器(25)的一个输入端，第五加法器(25)的另一个输入端连接负直流母线中低频电流参考信号iBus_ref2，第五加法器(25)的输出端输出第二内环电流控制环节的电流参考信号iBiDC_ref2；‑第一内环电流控制环节，用于控制双向直流‑直流变换器(6)的正输出端供给正直流母线的电流，由第一误差计算器(17)、第一调节器(16)以及第一脉宽调制器(15)组成，第一误差计算器(17)的正输入端连接第一内环电流控制环节的电流参考信号iBiDC_ref1，第一误差计算器(17)的负输入端连接双向直流‑直流变换器(6)正输出端供给正直流母线的电流信号iBiDC1，第一误差计算器(17)的输出端连接第一脉宽调制器(15)的输入端，第一脉宽调制器(15)的输出端输出脉冲驱动信号(PWM1，2)；‑第二内环电流控制环节，用于控制双向直流‑直流变换器(6)的负输出端供给负直流母线的电流，由第二误差计算器(24)、第二调节器(23)以及第二脉宽调制器(22)组成，第二误差计算器(24)的正输入端连接第二内环电流控制环节的电流参考信号iBiDC_ref2，第二误差计算器(24)的负输入端连接双向直流‑直流变换器(6)负输出端供给负直流母线的电流信号iBiDC2，第二误差计算器(24)的输出端连接第二脉宽调制器(22)的输入端，第二脉宽调制器(22)的输出端输出脉冲驱动信号(PWM3，4)。