CN117277318B - 一种燃料电池发电系统及其功率控制方法 - Google Patents

一种燃料电池发电系统及其功率控制方法 Download PDF

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Abstract

本申请提供了一种燃料电池发电系统及其功率控制方法，包括燃料电池FC和电网，燃料电池FC适于通过正常通路与电网连接；正常通路包括依次连接的Bi‑DC/DC单元#1、超级电容SC和DC/AC单元#1；还包括：冗余通路，冗余通路与正常通路并联；当正常通路或冗余通路中的其中之一故障时，燃料电池FC得以通过另一条正常的通路向电网提供稳态功率，超级电容SC通过直接或间接与电网进行连通以提供动态功率。进一步使得燃料电池发电系统具有容错能力。

Description

一种燃料电池发电系统及其功率控制方法
技术领域
本发明涉及电网发电技术领域，具体地说，是一种燃料电池发电系统及其功率控制方法。
背景技术
燃料电池FC是一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置，通过电化学反应把燃料的化学能中的吉布斯自由能部分转换成电能，不受卡诺循环效应的限制，效率较高。此外，燃料电池FC用燃料和氧气作为原料，故排放出的有害气体极少。因此，燃料电池FC的商业化应用存在着广阔的发展前景。
目前燃料电池FC并网系统需要满足稳态控制和动态补偿。在稳态情况下，网侧功率完全来自于燃料电池FC，超级电容SC侧不需要承担稳态功率；在动态情况下，当网侧功率变时，超级电容SC承担动态功率，燃料电池FC功率可以缓慢变化，这样可以有效弥补燃料电池FC动态响应慢的缺点。
但是，现行的电力电子变换器没有容错运行能力，所以一个功率变换器的故障可能会造成整个系统的崩溃。在关键部门如银行、医院、金融等，电源系统一旦发生故障，造成的经济损失将不可估量。
发明内容
本发明的目的在于提供一种燃料电池发电系统及其功率控制方法，当任一变换器发生故障时，燃料电池系统的整体工作不受影响，并得以稳态控制和动态补偿要求均能满足。
为达到以上目的，本发明采用的技术方案为：一种燃料电池发电系统，包括燃料电池FC和电网，所述燃料电池FC适于通过正常通路与所述电网连接；所述正常通路包括依次连接的Bi-DC/DC单元#1、超级电容SC和DC/AC单元#1；还包括：冗余通路，所述冗余通路与所述正常通路并联；当所述正常通路或冗余通路中的其中之一故障时，所述燃料电池FC得以通过另一条正常的通路向所述电网提供稳态功率，所述超级电容SC通过直接或间接与所述电网进行连通以提供动态功率。
作为一种优选，在所述正常通路未发生故障时，无论所述冗余通路故障与否，所述燃料电池FC均通过所述正常通路与所述电网进行连通。
作为一种优选，当所述正常通路的所述Bi-DC/DC单元#1发生故障时，所述超级电容SC通过所述DC/AC单元#1直接与所述电网连通以提供动态功率；当所述正常通路的所述DC/AC单元#1发生故障时，所述超级电容SC通过所述Bi-DC/DC单元以及所述冗余通路与所述电网间接连通以提供动态功率。
作为一种优选，所述冗余通路包括依次连接的DC/DC单元#2、母线电容以及DC/AC单元#2。
作为一种优选，所述正常通路还包括DC/DC单元#1，所述超级电容SC经所述DC/DC单元#1和DC/AC单元#1与所述电网进行连接，进而得以增大所述超级电容SC的电压波动范围。
作为一种优选，所述Bi-DC/DC单元#1采用双向三电平DC/DC拓扑，所述DC/AC单元#1和所述DC/AC单元#2均采用三电平NPC电路；所述DC/DC单元#1和所述DC/DC单元#2均采用单向三电平DC/DC拓扑。
一种燃料电池发电系统的功率控制方法，在正常通路进行导通时，Bi-DC/DC单元#1的控制环路只工作于单向模式，以使得系统功率由燃料电池FC到超级电容SC；当正常通路的其中一个单元故障时，燃料电池FC通过冗余通路进行稳态功率输出；则正常通路中未故障的单元的控制环路适于跟踪网侧的突变功率，进而控制超级电容SC提供突变功率。
作为一种优选，在正常通路的其中一个单元故障时，其余的单元的控制环路适于通过提取网侧的突变电流来控制超级电容SC提供突变功率。
作为一种优选，Bi-DC/DC单元#1和DC/AC单元#1的控制环路均包括稳态环路和突变环路；当正常通路导通时，Bi-DC/DC单元#1和DC/AC单元#1均通过稳态环路进行燃料电池FC的功率输出；当Bi-DC/DC单元#1和DC/AC单元#1中的一个发生故障时，另一个正常的单元将控制环路切换至突变环路，进而通过对网侧突变电流的提取以控制超级电容SC提供突变功率。
作为一种优选，Bi-DC/DC单元#1的稳态环路包括电压环和电流环，DC/AC单元#1的稳态环路包括功率环和电流环；Bi-DC/DC单元#1和DC/AC单元#1的突变环路均为包括电流环，且电流环的输入参考为提取的网侧突变电流；冗余通路的DC/DC单元#2的控制环路包括电压环和电流环，冗余通路的DC/AC单元#2的控制环路包括功率环和电流环；当正常通路导通时，Bi-DC/DC单元#1的稳态环路的电压环的响应带宽远低于突变环路带宽；当冗余通路导通时，DC/DC单元#2的控制环路的电压环和DC/AC单元#2的控制环路的功率环的响应带宽均远低于突变环路带宽。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
（1）正常通路中的任一变换器发生故障后，得以通过导通冗余通路，使得燃料电池FC通过冗余通路向所述电网提供稳态功率，进一步使得燃料电池发电系统具有容错能力；
（2）通过控制开关，得以切换燃料电池FC和电网之间的环路，使得燃料电池FC向电网提供稳态功率，超级电容SC向电网提供动态功率。
附图说明
图1是现有的一种燃料电池发电系统的示意图。
图2是本申请的一种燃料电池发电系统的电路拓扑图。
图3是本申请的一种燃料电池发电系统的示意图。
图4是本申请的一种燃料电池发电系统的正常情况下的示意图。
图5是本申请的一种燃料电池发电系统的Bi-DC/DC单元#1故障情况下的示意图。
图6是本申请的一种燃料电池发电系统的DC/AC#1故障情况下的示意图。
图7是本申请的另一种燃料电池发电系统的电路拓扑图。
图8是本申请的另一种燃料电池发电系统的示意图。
图9是本申请的另一种燃料电池发电系统的正常情况下的示意图。
图10是本申请的另一种燃料电池发电系统的Bi-DC/DC单元#1故障情况下的示意图。
图11是本申请的一种燃料电池发电系统的DC/DC单元#1和/或DC/AC单元#1故障情况下的示意图。
图12是本申请的一种燃料电池发电系统的正常情况的功率控制方法示意图。
图13是本申请的一种燃料电池发电系统的Bi-DC/DC单元#1故障情况下的功率控制方法示意图。
图14是本申请的一种燃料电池发电系统的DC/AC单元#1故障情况下的功率控制方法示意图。
图15是本申请的一种燃料电池发电系统的综合功率控制方法示意图。
具体实施方式
下面，结合具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
本申请的说明书和权利要求书中的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以是接触连接或通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1所示，为现有的燃料电池发电系统，主要包括燃料电池FC、超级电容SC和电网。具体地说，现有的燃料电池发电系统的燃料电池FC经依次连接的直流变换器和逆变器与电网连接，超级电容SC经双向直流变换器和逆变器与电网连接。在稳态情况下，网侧功率完全来自于燃料电池FC，超级电容SC侧无需承担稳态功率；在动态情况下，当网侧功率突变时，超级电容SC承担动态功率，使燃料电池FC得功率得以缓慢变化，有利于弥补燃料电池FC动态响应慢的缺点。应当知道的是，现有的燃料电池发电系统一旦直流变换器、双向直流变换器或者逆变器中的一者故障，则整个系统将无法正常运作。
基于上述内容，为使得燃料电池发电系统具有容错运行能力，本申请的一个方面提供了一种燃料电池发电系统，如图2和图3所示，其中一个优选的实施例包括燃料电池FC和电网，燃料电池FC适于通过正常通路与电网连接；正常通路包括依次连接的Bi-DC/DC单元#1、超级电容SC和DC/AC单元#1；还包括：冗余通路，冗余通路与正常通路并联；当正常通路或冗余通路中的其中之一故障时，燃料电池FC得以通过另一条正常的通路向电网提供稳态功率，超级电容SC通过直接或间接与电网进行连通以提供动态功率。
具体地说，如图4-图6所示，燃料电池FC得以通过正常通路和电网连接，此时，冗余通路断开，超级电容SC与电网直接连接；燃料电池FC也得以通过冗余通路和电网连接，此时，正常通路断开，超级电容SC通过冗余电路与电网间接连接。也就是说，正常通路和冗余通路之间互为备用，当正常通路和冗余通路均正常时，得以选择其中任一通路连接燃料电池FC和电网，当正常通路和冗余通路的其中一条故障时，得以选择其中另一条正常的通路连接燃料电池FC和电网，进而提高燃料电池发电系统的容错能力和可靠性。
在一些实施例中，如图5所示，当正常通路的Bi-DC/DC单元#1发生故障时，超级电容SC通过DC/AC单元#1直接与电网连通。也就是说，当Bi-DC/DC单元#1发生故障时，燃料电池FC经冗余通路与电网连通以提供稳态功率，超级电容SC通过DC/AC单元#1直接与电网连通以提供动态功率。如图6所示，当正常通路的DC/AC单元#1发生故障时，超级电容SC通过Bi-DC/DC单元#1以及冗余通路与电网间接连通。也就是说，当DC/AC单元#1发生故障时，燃料电池FC经冗余通路与电网连通以提供稳态功率，超级电容SC通过DC/AC单元#1与冗余通路连通，然后通过冗余通路与电网连通以提供动态功率。
在一些实施例中，如图4所示，在正常通路未发生故障时，无论冗余通路故障与否，燃料电池FC均通过正常通路与电网进行连通。可以理解的是，当燃料电池FC通过正常通路与电网连接时，冗余通路断开，超级电容SC得以通过DC/AC单元#1直接与电网连接，而当燃料电池FC通过冗余通路与电网连接时，正常通路断开，超级电容SC需要通过DC/AC单元#1与电网连接以提供动态功率；或者超级电容SC需要通过Bi-DC/DC单元#1以及冗余通路与电网进行连接以提供动态功率。在经过冗余通路上的器件时，易产生功率损耗。因此，当正常通路未发生故障时，优选通过正常通路连接燃料电池FC和电网，使得超级电容SC直接与电网连接，有利于降低功率损耗。
在一些实施例中，如图3-图6所示，冗余通路包括依次连接的DC/DC单元#2、母线电容以及DC/AC单元#2。也就是说，所述燃料电池FC依次经DC/DC单元#2、母线电容和DC/AC单元#2与电网连接。
具体地说，如图4所示，在正常通路导通时，冗余通路关闭的情况下，当输出功率恒定时，由燃料电池FC依次经Bi-DC/DC单元#1、超级电容SC和DC/AC单元#1向电网提供功率，而超级电容SC则无需向电网提供功率，当输出功率突变时，由超级电容SC经DC/AC单元#1向电网提供动态功率，以使燃料电池FC的输出功率则缓慢变换。
如图5所示，在Bi-DC/DC单元#1故障，冗余通路导通的情况下，当输出功率恒定时，由燃料电池FC依次经DC/DC单元#2、母线电容和DC/AC#2向电网提供稳态功率，而超级电容SC则无需向电网提供功率，当输出功率突变时，正常通路中的超级电容SC通过DC/AC单元#1向电网提供动态功率，以使燃料电池FC的输出功率则缓慢变换。
如图6所示，在DC/AC单元#1故障，冗余通路导通的情况下，当输出功率恒定时，由燃料电池FC依次经DC/DC单元#2、母线电容和DC/AC#2向电网提供稳态功率，而超级电容SC则无需向电网提供功率，当输出功率突变时，正常通路中的超级电容SC依次经Bi-DC/DC单元#1、DC/DC单元#2、母线电容和DC/AC单元#2向电网提供动态功率，以使燃料电池FC的输出功率缓慢变化。
在一些实施例中，如图7-图8所示，正常通路还包括DC/DC单元#1，超级电容SC经DC/DC单元#1和DC/AC单元#1与电网进行连接，进而得以增大超级电容SC的电压波动范围。也就是说，在正常通路中，燃料电池FC依次经Bi-DC/DC单元#1、超级电容SC依、DC/DC单元#1和DC/AC单元#1与电网连接，得以允许超级电容SC的电压在较大范围内波动，有利于提高超级电容SC的利用率。
具体地说，如图9所示，在正常通路导通时，冗余通路关闭的情况下，当输出功率恒定时，由燃料电池FC依次经Bi-DC/DC单元#1、超级电容SC、DC/DC单元#1和DC/AC单元#1向电网提供功率，而超级电容SC则无需向电网提供功率，当输出功率突变时，由超级电容SC经DC/DC单元#1和DC/AC单元#1向电网提供突变功率，以使燃料电池FC的输出功率则缓慢变换。
如图10所示，在Bi-DC/DC单元#1故障，冗余通路导通的情况下，当输出功率恒定时，由燃料电池FC依次经DC/DC单元#2、母线电容和DC/AC#2向电网提供稳态功率，而超级电容SC则无需向电网提供功率，当输出功率突变时，由超级电容SC经DC/DC单元#1和DC/AC单元#1向电网提供突变功率，以使燃料电池FC的输出功率则缓慢变换。
如图11所示，在DC/DC单元#1和/或DC/AC单元#1故障，冗余通路导通的情况下，当输出功率恒定时，由燃料电池FC依次经DC/DC单元#2、母线电容和DC/AC单元#2向电网提供稳态功率，而超级电容SC则无需向电网提供功率，当输出功率突变时，由超级电容SC依次经Bi-DC/DC单元#1、DC/DC单元#2、母线电容和DC/AC单元#2向电网提供动态功率，以使燃料电池FC的输出功率缓慢变化。
在一些实施例中，Bi-DC/DC单元#1采用双向三电平DC/DC拓扑，DC/AC单元#1和DC/AC单元#2均采用三电平NPC电路；DC/DC单元#1和DC/DC单元#2均采用单向三电平DC/DC拓扑。可以理解的是，Bi-DC/DC单元#1、DC/AC单元#1、DC/AC单元#2、DC/DC单元#1和DC/DC单元#2也可以采用其它常规拓扑，本申请不做具体限制。
本申请的另一个方面还提供了一种燃料电池发电系统的功率控制方法，如图12-图15所示，其中一个优选的实施例包括如下步骤：在正常通路进行导通时，Bi-DC/DC单元#1的控制环路只工作于单向模式，以使得系统功率由燃料电池FC到超级电容SC；当正常通路的其中一个单元故障时，燃料电池FC通过冗余通路进行稳态功率输出；则正常通路中未故障的单元的控制环路适于跟踪网侧的突变功率，进而控制超级电容SC提供突变功率。
具体地说，如图13所示，在Bi-DC/DC单元#1故障，冗余通路导通的情况下，燃料电池FC经冗余通路向电网提供稳态功率，正常通路中的超级电容SC通过DC/AC单元#1控制为功率源，并跟踪电网侧的突变功率，使得超级电容SC向电网提供动态功率。
如图14所示，在DC/AC单元#1故障，冗余通路导通的情况下，燃料电池FC通过冗余通路向电网提供稳态功率，正常通路中的超级电容SC通过Bi-DC/DC单元#1控制为功率源，并跟踪电网侧的突变功率，使得超级电容SC向电网提供动态功率。
在一些实施例中，在正常通路的其中一个单元故障时，其余的单元的控制环路适于通过提取网侧的突变电流来控制超级电容SC提供突变功率。可以理解的是，通过提取网侧突变电压和通过提取网侧突变电流均得以反映网侧突变功率，通常情况下，相较于网侧的突变电压，网侧电流更易受用电负荷的影响，更能够反映网侧突变功率，因此优选提取网侧的突变电流来控制超级电容SC提供突变功率。
具体地说，如图13-图14所示，当正常通路中的Bi-DC/DC单元#1故障时，DC/AC单元#1得以提取网侧的突变电流来控制超级电容SC提供突变功率；当正常通路中的DC/AC单元#1故障时，Bi-DC/DC单元#1得以提取网侧的突变电流来控制超级电容SC提供突变功率。
在一些实施例中，Bi-DC/DC单元#1和DC/AC单元#1的控制环路均包括稳态环路和突变环路；如图12所示，当正常通路导通时，Bi-DC/DC单元#1和DC/AC单元#1均通过稳态环路进行燃料电池FC的功率输出；如图13-图14所示，当Bi-DC/DC单元#1和DC/AC单元#1中的一个发生故障时，另一个正常的单元将控制环路切换至突变环路，进而通过对网侧突变电流的提取以控制超级电容SC提供突变功率。
也就是说，如图13所示，当Bi-DC/DC单元#1故障时，冗余通路导通，燃料电池FC得以通过冗余通路向电网提供动态功率，DC/AC单元#1的控制环路切换至突变环路，得以提取网侧的突变电流，进一步控制超级电容SC通过DC/AC单元#1向电网提供动态功率。同样的，如图14所示，当DC/AC单元#1故障时，冗余通路导通，燃料电池FC得以通过冗余通路向电网提供动态功率，Bi-DC/DC单元#1的控制环路切换至突变环路，得以提取网侧的突变电流，进一步控制超级电容SC通过Bi-DC/DC单元#1和冗余通路向电网提供动态功率。
在一些实施例中，如图12所示，Bi-DC/DC单元#1的稳态环路包括电压环和电流环，DC/AC单元#1的稳态环路包括功率环和电流环；Bi-DC/DC单元#1和DC/AC单元#1的突变环路均为包括电流环，且电流环的输入参考为提取的网侧突变电流；冗余通路的DC/DC单元#2的控制环路包括电压环和电流环，冗余通路的DC/AC单元#2的控制环路包括功率环和电流环；当正常通路导通时，Bi-DC/DC单元#1的稳态环路的电压环的响应带宽远低于突变环路带宽；当冗余通路导通时，DC/DC单元#2的控制环路的电压环和DC/AC单元#2的控制环路的功率环的响应带宽均远低于突变环路带宽。
可以理解的是，通过切换Bi-DC/DC单元#1、DC/AC单元#1、DC/DC单元#2和DC/AC单元#2的控制环路，得以使燃料电池FC和超级电容SC通过不同的通路与电网连接。为便于表述，如图15所示，引入控制开关Sdcdc1、Sdcac1、Sdcdc2和Sdcac2，其中，控制开关Sdcdc1得以控制切换Bi-DC/DC单元#1的控制环路，控制开关Sdcac1得以控制切换DC/AC单元#1的控制环路，控制开关Sdcdc2得以控制切换DC/DC单元#2的控制环路，控制开关Sdcac2得以控制切换DC/AC单元#2的控制环路，进一步得以切换燃料电池FC和电网之间的环路，使得燃料电池FC向通过正常通路向电网提供稳态功率，由超级电容SC向电网提供动态功率。为了方便理解，通过图15中正常通路和冗余通路在不同状态下的控制环路切换状态，可以得到下列的表1：
具体地说，如图12和图15所示，正常通路导通时，冗余通路关闭，此时控制开关Sdcdc1在0位使得Bi-DC/DC单元#1通过稳态环路进行燃料电池FC的功率输出，其外环为电压环，内环为电流环。将超级电容SC的电压vsc和参考电压VSC*通过比较器的比较后作为电压环的输入可以得到电流参考iL1*；然后将电流参考iL1*以及正常通路的电流iL1通过比较器进行比较后作为电流环的输入，可以得到控制Bi-DC/DC单元#1进行响应的占空比信号ddcdc1。同时，控制开关Sdcac1在0位使得DC/AC单元#1的也通过稳态环路进行燃料电池FC的功率输出，其外环为功率环，内环为电流环。将功率参考和电网侧的功率反馈通过比较器的比较后作为功率环的输入，可以得到电流参考；然后将得到的电流参考与正常通路的电流反馈通过比较器进行比较后作为电流环的输入，可以得到控制DC/AC单元#1进行响应的占空比信号ddcac1。同时，控制开关Sdcdc2在1位使得DC/DC单元#2关闭；控制开关Sdcac2在1位使得DC/AC单元#2关闭。
可以理解的是，正常通路导通，冗余通路关闭时，Bi-DC/DC单元#1的稳态环路的外环，即电压环的响应带宽远低于突变环路带宽，通常情况下电网频率为50Hz，因此在一些可选实施例汇中，电压环的响应频率可以为1Hz~20Hz中的某一值，例如为1Hz。也就是说，DC/AC单元#1的稳态环路的功率环的响应带宽比Bi-DC/DC单元#1的响应带宽高很多，以使在输出功率突变的情况下，超级电容SC得以提供快速功率，进一步使得燃料电池FC只需提供慢速功率即可。
如图13和图15所示，当Bi-DC/DC单元#1故障时，冗余通路导通。此时控制开关Sdcdc2在0位使得DC/DC单元#2的控制环路切换至稳态环路；其中，外环为电压环，内环为电路环。将母线电容的电压vdc和参考电压Vdc*通过比较器的比较后输入电压环，可以得到电流参考iL2*；然后将电流参考iL2*和冗余通路的电流iL2通过比较器进行比较后输入电流环，可以得到控制DC/DC单元#2响应的占空比信号ddcdc2。同时，控制开关Sdcdc2在0位使得DC/AC单元#2的控制环路切换为稳态环路；其中，外环为功率环，内环为电流环。将功率参考和电网侧的功率反馈通过比较器的比较后输入功率环可以电流参考；然后将电流参考和冗余通路的电流反馈通过比较器进行比较后输入电流环，可以得到控制DC/AC单元#2进行响应的占空比信号ddcac2。同时，控制开关Sdcac1在1位使得DC/AC单元#1的控制环路被切换至突变环路；可以提取网侧的突变电流作为电流参考和冗余通路的电流反馈通过比较器进行比较后输入电流环，进而可以得到控制DC/AC单元#1进行响应的占空比信号ddcac1。同时， 控制开关Sdcdc1在2位使得Bi-DC/DC单元#1关闭。
可以理解的是，在Bi-DC/DC单元#1故障，冗余通路导通时，DC/DC单元#2的电压环和DC/AC单元#2的功率环的控制环路非常慢，例如响应频率为1Hz。也就是说，DC/AC单元#1的突变环路的响应带宽比DC/DC单元#2的电压环和DC/AC单元#2的功率环的响应带宽高很多，以使在输出功率突变的情况下，使得超级电容SC得以提供快速功率，进一步使得燃料电池FC只需提供慢速功率即可。
如图14和图15所示，当DC/AC单元#1故障时，冗余通路导通。此时控制开关Sdcdc2在0位使得DC/DC单元#2的控制环路切换至稳态环路；其中，外环为电压环，内环为电路环。将母线电容的电压vdc和参考电压Vdc*通过比较器的比较后输入电压环，可以得到电流参考iL2*；然后将电流参考iL2*和冗余通路的电流iL2通过比较器进行比较后输入电流环，可以得到控制DC/DC单元#2响应的占空比信号ddcdc2。同时，控制开关Sdcdc2在0位使得DC/AC单元#2的控制环路切换为稳态环路；其中，外环为功率环，内环为电流环。将功率参考和电网侧的功率反馈通过比较器的比较后输入功率环可以电流参考；然后将电流参考和冗余通路的电流反馈通过比较器进行比较后输入电流环，可以得到控制DC/AC单元#2进行响应的占空比信号ddcac2。同时，控制开关Sdcac1在2位使得DC/AC单元#1关闭。同时，控制开关Sdcdc1在1位使得控制环路被切换至突变环路；可以提取网侧的突变电流作为电流参考和冗余通路的电流反馈通过比较器进行比较后输入电流环，进而可以得到控制Bi-DC/DC单元#1进行响应的占空比信号ddcdc1。
可以理解的是，在DC/AC单元#1故障，冗余通路导通时，DC/DC单元#2的电压环和DC/AC单元#2的功率环的控制环路非常慢，例如响应频率为1Hz。也就是说，Bi-DC/DC单元#1的突变环路的响应带宽比DC/DC单元#2的电压环和DC/AC单元#2的功率环的响应带宽高很多，以使在输出功率突变的情况下，使得超级电容SC得以提供快速功率，进一步使得燃料电池FC只需提供慢速功率即可。
综上所述，当正常通路中的Bi-DC/DC单元#1或DC/AC单元#1故障后，得以通过导通冗余通路，使得燃料电池FC通过冗余通路向电网提供稳态功率，超级电容SC得以通过正常工作的DC/AC单元#1或Bi-DC/DC单元#1向电网提供动态功率，进一步使得燃料电池发电系统具有容错能力，提高燃料电池发电系统的可靠性。
以上描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (9)

1.一种燃料电池发电系统，包括燃料电池FC和电网，所述燃料电池FC适于通过正常通路与所述电网连接；所述正常通路包括依次连接的双向DC/DC单元#1、超级电容SC和DC/AC单元#1；其特征在于，还包括：冗余通路，所述冗余通路与所述正常通路并联；当所述正常通路或冗余通路中的其中之一故障时，所述燃料电池FC得以通过另一条正常的通路向所述电网提供稳态功率；当所述正常通路的所述双向DC/DC单元#1发生故障时，所述超级电容SC通过所述DC/AC单元#1直接与所述电网连通以提供动态功率；当所述正常通路的所述DC/AC单元#1发生故障时，所述超级电容SC通过所述双向DC/DC单元#1以及所述冗余通路与所述电网间接连通以提供动态功率。
2.根据权利要求1所述的燃料电池发电系统，其特征在于：在所述正常通路未发生故障时，无论所述冗余通路故障与否，所述燃料电池FC均通过所述正常通路与所述电网进行连通。
3.根据权利要求1所述的燃料电池发电系统，其特征在于：所述冗余通路包括依次连接的DC/DC单元#2、母线电容以及DC/AC单元#2。
4.根据权利要求1所述的燃料电池发电系统，其特征在于：所述正常通路还包括DC/DC单元#1，所述超级电容SC经所述DC/DC单元#1和DC/AC单元#1与所述电网进行连接，进而得以增大所述超级电容SC的电压波动范围。
5.根据权利要求1所述的燃料电池发电系统，其特征在于：所述双向DC/DC单元#1采用双向三电平DC/DC拓扑，所述DC/AC单元#1和所述DC/AC单元#2均采用三电平NPC电路；所述DC/DC单元#1和所述DC/DC单元#2均采用单向三电平DC/DC拓扑。
6.一种应用于权利要求1-5中任一项所述的燃料电池发电系统的功率控制方法，其特征在于：在正常通路进行导通时，双向DC/DC单元#1的控制环路只工作于单向模式，以使得系统功率由燃料电池FC到超级电容SC；当正常通路的其中一个单元故障时，燃料电池FC通过冗余通路进行稳态功率输出；则正常通路中未故障的单元的控制环路适于跟踪网侧的突变功率，进而控制超级电容SC提供突变功率。
7.根据权利要求6所述的燃料电池发电系统的功率控制方法，其特征在于：在正常通路的其中一个单元故障时，其余的单元的控制环路适于通过提取网侧的突变电流来控制超级电容SC提供突变功率。
8.根据权利要求7所述的燃料电池发电系统的功率控制方法，其特征在于：双向DC/DC单元#1和DC/AC单元#1的控制环路均包括稳态环路和突变环路；当正常通路导通时，双向DC/DC单元#1和DC/AC单元#1均通过稳态环路进行燃料电池FC的功率输出；当双向DC/DC单元#1和DC/AC单元#1中的一个发生故障时，另一个正常的单元将控制环路切换至突变环路，进而通过对网侧突变电流的提取以控制超级电容SC提供突变功率。
9.根据权利要求8所述的燃料电池发电系统的功率控制方法，其特征在于：双向DC/DC单元#1的稳态环路包括电压环和电流环，DC/AC单元#1的稳态环路包括功率环和电流环；双向DC/DC单元#1和DC/AC单元#1的突变环路均为包括电流环，且电流环的输入参考为提取的网侧突变电流；冗余通路的DC/DC单元#2的控制环路包括电压环和电流环，冗余通路的DC/AC单元#2的控制环路包括功率环和电流环；当正常通路导通时，双向DC/DC单元#1的稳态环路的电压环的响应带宽远低于突变环路带宽；当冗余通路导通时，DC/DC单元#2的控制环路的电压环和DC/AC单元#2的控制环路的功率环的响应带宽均远低于突变环路带宽。
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