燃料电池的建模与控制及其在分布式发电中的应用

译者序

原书前言

原书致谢

第1章绪论1

11背景：美国电网的形成与重构简介2

12电力管制放开和分布式发电5

13分布式电源的类型6

14燃料电池分布式电源8

15氢能经济11

151简介11

152转型到氢能经济的挑战12

153氢的生产12

154氢能的存储和配送16

155美国能源部的与氢有关的活动16

156本书的任务18

参考文献20

第2章燃料电池的工作原理22

21引言23

22元素的化学能与热能23

23热力学基础24

231热力学第一定律24

232热力学第二定律24

24电化学基础26

241吉布斯自由能26

25化学反应中的能量平衡27

26能斯特方程28

27燃料电池的基础29

28燃料电池的类型30

29燃料电池等效电路39

210双电层电容效应40

211总结41

参考文献42

第3章质子交换膜燃料电池的动态建模与仿真43

31引言: 燃料电池动态模型的需求44

32专门术语（PEMFC）44

33PEMFC的动态模型建立47

燃料电池的建模与控制及其在分布式发电中的应用目录331电极上的气体扩散48

332物质守恒50

333PEMFC的输出电压50

334PEMFC的电压降51

335PEMFC热力学平衡53

34PEMFC的模型结构54

35PEMFC的等效电路模型55

36PEMFC模型的验证59

参考文献64

第4章固体氧化物燃料电池的动态建模与仿真65

41引言66

42术语（SOFC）66

43SOFC动态建模68

431有效分压69

432物质守恒71

433SOFC输出电压72

434管状SOFC的热力学能量平衡76

44SOFC动态模型结构78

45恒定燃料流量操作下SOFC模型的响应特性79

451稳态特性79

452动态响应81

46恒定燃料利用率模式下的SOFC模型响应85

461稳态特性86

462动态响应87

参考文献88

第5章电解槽的运行原理和建模90

51电解槽的运行原理91

52电解槽的动态建模92

521电解槽的静态（V-I）特性93

522制氢速率的建模93

523电解槽的热模型94

53电解槽模型的实现95

参考文献97

第6章应用于燃料电池的功率变换器98

61引言99

62功率半导体开关器件的概述100

621二极管100

622晶闸管100

623双极结型晶体管101

624金属-氧化物半导体场效应晶体管102

625门极可关断晶闸管103

626绝缘栅双极型晶体管103

627MOS控制晶闸管104

63AC/DC整流器105

631电路拓扑105

632三相可控整流器的简化模型107

64DC/DC变换器110

641升压变换器110

642降压变换器114

65三相DC/AC逆变器117

651电路拓扑117

652状态空间模型119

653abc/dq变换122

654dq坐标系下状态空间模型123

655三相VSI的理想模型124

参考文献127

第7章并网型燃料电池发电系统的控制128

71引言129

72并网系统的配置129

721PEMFC单元的配置130

722SOFC单元的配置131

73DC/DC变换器和逆变器的控制器的设计132

731升压DC/DC变换器电路和控制器的设计132

732三相VSI的控制器的设计136

74仿真结果143

741期望输出到电网的有功和无功功率——重载143

742轻载情况下向电网输出有功功率、从电网吸收无功功率146

743燃料电池的负载性能跟随分析150

744故障分析152

75总结154

参考文献154

第8章独立型燃料电池发电系统的控制157

81引言158

82系统描述和控制策略158

83减缓负载瞬变控制159

831铅酸蓄电池的电路模型160

832电池充/放电控制器161

833滤波器的设计162

84仿真结果163

841负载的暂态变化163

842负载瞬变减缓166

843蓄电池充/放电控制器170

85总结172

参考文献172

第9章基于混合燃料电池的能源系统案例研究174

91引言175

92混合电子接口系统176

921直流耦合系统176

922交流耦合系统178

923不同于并网系统的独立运行系统178

93热电混合运行模式下的燃料电池179

94案例研究Ⅰ：风能-光伏-燃料电池混合式独立发电系统180

941系统结构180

942系统单元规格182

943系统组件特性185

944系统控制186

945仿真结果191

95案例研究Ⅱ：混合运行模式SOFC的效率评估196

951热力学定律与SOFC效率196

952氢燃料热值200

953SOFC电效率201

954混合热电联产运行模式SOFC的效率202

96总结204

参考文献204

第10章燃料电池目前的挑战和发展趋势210

101引言211

102燃料电池系统运行211

1021燃料处理器211

1022燃料电池堆212

1023功率调节器系统213

1024发电厂平衡(BOP)系统215

103当前的挑战和机遇216

1031成本216

1032燃料和燃料基础设施216

1033材料和制造217

104美国燃料电池研发项目218

1041美国能源部的SOFC相关项目218

105燃料电池的未来：综述和作者的观点219

参考文献220

附录运行PEMFC、SOFC模型及其分布式发电应用模型的指南223