CN111614120A - 一种pem燃料电池chp并网控制系统及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种PEM燃料电池CHP并网控制系统及其控制方法，包括：上位机，用以进行各种模式的设置、功率输出设置以及装置监控；PLC，与上位机通过网关连接，接收上位机的指令并及时传达指令；燃料电池电堆装置，将氢气转换为电能，通过IO硬线与PLC通信连接；触摸屏，显示所述控制系统状态，与PLC通过通过IO硬线通信连接；DCDC升压变换装置，将燃料电池电堆输出较低的直流电压转换为适合DCAC并网发电装置的直流母线电压，通过IO硬线与PLC连接；DCAC并网发电装置，将DCDC输入侧直流电能转换为交流电能反馈至国家电网。本申请的控制系统及其控制方法有效解决了热电联供的弊端，可以根据客户的需求及时调整输出功率。

Description

一种PEM燃料电池CHP并网控制系统及其控制方法
技术领域
本申请涉及热燃料电池领域，特别是涉及一种PEM燃料电池CHP并网控制系统及其控制方法。
背景技术
现有技术中，电网与地暖的工作模式主要有两种模式：1.电网和地暖分别给住户提供电功率和热功率。2.采用热电联供系统同时给住户提供电功率和热功率。受限于电网发电功率和传输损耗，电网和地暖分别给住户提供热功率和电功率时，总体的能源利用效率会较低。热电联供系统不存在传输损耗，效率会更高，但热电联供主要基于天然气、内燃机和燃料电池系统，将会产生噪音和尾气污染；而燃料电池为化学反应，整套系统运行噪音和尾气污染极低；但是基于SOFC燃料电池反应温度较高不适合小区住户运行，燃料电池CHP系统无法根据用户需求准确控制输出功率。因此需要提供一种PEM燃料电池CHP并网控制系统及其控制方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种PEM燃料电池CHP并网控制系统及其控制方法，以克服现有技术中的不足。
为实现上述目的一，本发明提供如下技术方案：一种PEM燃料电池CHP并网控制系统，包括：上位机，用以进行各种模式的设置、功率输出设置以及装置监控；
PLC，与上位机通过网关连接，接收上位机的指令并及时传达指令；
触摸屏，显示所述控制系统状态，与PLC通过通过IO硬线通信连接；
燃料电池电堆装置，将氢气转换为电能，通过IO硬线与PLC连接；
DCDC升压变换装置，将燃料电池电堆输出较低的直流电压转换为适合DCAC并网发电装置的直流母线电压，通过IO硬线与PLC连接；
DCAC并网发电装置，将DCDC输入侧直流电能转换为交流电能反馈至国家电网。
优选的，所述燃料电池电堆装置和DCDC升压变换装置均采用标准MODBUS协议架构。
为实现上述目的一，本发明提供一种PEM燃料电池CHP并网控制系统的控制方法，包括：
S1获取所述控制系统的工作模式，所述工作模式包括：控制储存热水温度模式、载入曲线控制模式以及手动功率控制模式；
S2：所述控制系统处于控制储存热水温度模式时，当TNOW>TREQ，所述控制系统以最小功率运行，当TNOW＜TREQ，所述控制系统切换为载入曲线控制模式；其中：TNOW为当前储存热水温度，TREQ为当前目标热水温度；
S3：所述控制系统处于载入曲线控制模式和手动功率控制模式时，当PNOW>PREQ,所述控制系统进行分级功率减载输出运行，当PNOW＝PREQ,所述控制系统进行正常输出运行，当PNOW<PREQ,所述控制系统进行分级加载输出运行；其中：PNOW为当前输出工率，PREQ当前目标功率。
与现有技术相比，本申请的一种PEM燃料电池CHP并网控制系统及其控制方法有效解决了热电联供的弊端，可以根据客户的需求及时调整输出功率。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明具体实施例的一种PEM燃料电池CHP并网控制系统通信架构图；
图2为本发明具体实施例的一种PEM燃料电池CHP并网控制系统电气连接图；
图3为本发明具体实施例的一种PEM燃料电池CHP并网控制系统的控制方法流程图；
图4为本发明具体实施例的一种PEM燃料电池CHP并网控制系统的控制方法的工况图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行详细的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
结合图1所示，本申请的控制系统的通信架构图，所述系统采用MODBUS的通信协议框架，PLC作为主站分别与DCDC升压变换装置、燃料电池电堆装置的电堆管理系统、触摸屏从站进行通讯，PLC还通过WEB功能与网关建立连接，上位机与PLC通过网关与上位机通讯，上位机通过固定IP访问控制系统，进行各种模式的设置、功率输出设置、装置监控。
在该技术方案中。标准MODBUS具有通信简单灵活、兼容性高、通信可靠性高；硬线IO在系统体现在各部件自锁、联锁、模拟量的收发，能够有效提高系统的安全性和稳定性。
结合图2所示，本发明具体实施例的一种PEM燃料电池CHP并网控制系统电气连接图，其中燃料电池电堆装置将氢能转换为电能，DCDC升压变换装置将燃料电池电堆输出较低的直流电压转换为适合DCAC并网的直流母线电压；DCAC并网发电装置将DCDC输入侧直流电能转换为交流电能反馈至国家电网。
参照图3，本申请的PEM燃料电池CHP并网控制系统的控制方法是基于控制电堆输出功率的控制策略，系统根据上位机或者本地触摸屏判断装置目前处于哪种控制模式。当判断系统处于控制储存热水模式后，系统根据当前储存热水温度TNOW和当前目标温度TREQ，当TNOW>TREQ,整套系统就以最小功率运行进行储罐保温运行，当TNOW<TREQ,即载入曲线模式控制运行；当系统进入预定曲线控制、温度模式载入曲线控制、手动下发功率控制，系统判断当前输出功率PNOW和当前目标功率PREQ，当PNOW>PREQ,系统进行分级功率减载输出运行，当PNOW<PREQ,系统进行分级加载输出运行，当PNOW＝PREQ,系统进行正常输出运行。
参照图4，本申请的PEM燃料电池CHP并网控制系统可分为四种工况，如下所述：
工况1：当工作在温度控制模式下，TNOW>TREQ,整套系统就以最小功率运行；
工况2：当PNOW＝PREQ,系统进行正常输出运行；
工况3：当PNOW>PREQ,系统进行分级功率减载输出运行；
工况4：当PNOW<PREQ,系统进行分级加载输出运行。
综上所述，本申请的一种PEM燃料电池CHP并网控制系统及其控制方法有效解决了热电联供的弊端，可以根据客户的需求及时调整输出功率。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上仅是本申请的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (3)

1.一种PEM燃料电池CHP并网控制系统，其特征在于：包括：上位机，用以进行各种模式的设置、功率输出设置以及装置监控；
PLC，与上位机通过网关连接，接收上位机的指令并及时传达指令；
燃料电池电堆装置，将氢气转换为电能，通过IO硬线与PLC通信连接；
触摸屏，显示所述控制系统状态，与PLC通过通过IO硬线通信连接；
DCDC升压变换装置，将燃料电池电堆输出较低的直流电压转换为适合DCAC并网发电装置的直流母线电压，通过IO硬线与PLC连接；
DCAC并网发电装置，将DCDC输入侧直流电能转换为交流电能反馈至国家电网。
2.根据权利要求1所述的一种PEM燃料电池CHP并网控制系统，其特征在于：所述燃料电池电堆装置和DCDC升压变换装置均采用标准MODBUS协议架构。
3.根据权利要求1-2任一所述的一种PEM燃料电池CHP并网控制系统的控制方法，其特征在于：包括：
S1获取所述控制系统的工作模式，所述工作模式包括：控制储存热水温度模式、载入曲线控制模式以及手动功率控制模式；
S2：所述控制系统处于控制储存热水温度模式时，当TNOW>TREQ，所述控制系统以最小功率运行，当TNOW＜TREQ，所述控制系统切换为载入曲线控制模式；其中：TNOW为当前储存热水温度，TREQ为当前目标热水温度；
S3：所述控制系统处于载入曲线控制模式和手动功率控制模式时，当PNOW>PREQ,所述控制系统进行分级功率减载输出运行，当PNOW＝PREQ,所述控制系统进行正常输出运行，当PNOW<PREQ,所述控制系统进行分级加载输出运行；其中：PNOW为当前输出工率，PREQ当前目标功率。
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