燃料電池的建模與控制及其在分布式發(fā)電中的應(yīng)用

譯者序
原書(shū)前言
原書(shū)致謝
第1章緒論1
11背景：美國(guó)電網(wǎng)的形成與重構(gòu)簡(jiǎn)介2
12電力管制放開(kāi)和分布式發(fā)電5
13分布式電源的類(lèi)型6
14燃料電池分布式電源8
15氫能經(jīng)濟(jì)11
151簡(jiǎn)介11
152轉(zhuǎn)型到氫能經(jīng)濟(jì)的挑戰(zhàn)12
153氫的生產(chǎn)12
154氫能的存儲(chǔ)和配送16
155美國(guó)能源部的與氫有關(guān)的活動(dòng)16
156本書(shū)的任務(wù)18
參考文獻(xiàn)20
第2章燃料電池的工作原理22
21引言23
22元素的化學(xué)能與熱能23
23熱力學(xué)基礎(chǔ)24
231熱力學(xué)第一定律24
232熱力學(xué)第二定律24
24電化學(xué)基礎(chǔ)26
241吉布斯自由能26
25化學(xué)反應(yīng)中的能量平衡27
26能斯特方程28
27燃料電池的基礎(chǔ)29
28燃料電池的類(lèi)型30
29燃料電池等效電路39
210雙電層電容效應(yīng)40
211總結(jié)41
參考文獻(xiàn)42
第3章質(zhì)子交換膜燃料電池的動(dòng)態(tài)建模與仿真43
31引言: 燃料電池動(dòng)態(tài)模型的需求44
32專(zhuān)門(mén)術(shù)語(yǔ)（PEMFC）44
33PEMFC的動(dòng)態(tài)模型建立47
燃料電池的建模與控制及其在分布式發(fā)電中的應(yīng)用目錄331電極上的氣體擴(kuò)散48
332物質(zhì)守恒50
333PEMFC的輸出電壓50
334PEMFC的電壓降51
335PEMFC熱力學(xué)平衡53
34PEMFC的模型結(jié)構(gòu)54
35PEMFC的等效電路模型55
36PEMFC模型的驗(yàn)證59
參考文獻(xiàn)64
第4章固體氧化物燃料電池的動(dòng)態(tài)建模與仿真65
41引言66
42術(shù)語(yǔ)（SOFC）66
43SOFC動(dòng)態(tài)建模68
431有效分壓69
432物質(zhì)守恒71
433SOFC輸出電壓72
434管狀SOFC的熱力學(xué)能量平衡76
44SOFC動(dòng)態(tài)模型結(jié)構(gòu)78
45恒定燃料流量操作下SOFC模型的響應(yīng)特性79
451穩(wěn)態(tài)特性79
452動(dòng)態(tài)響應(yīng)81
46恒定燃料利用率模式下的SOFC模型響應(yīng)85
461穩(wěn)態(tài)特性86
462動(dòng)態(tài)響應(yīng)87
參考文獻(xiàn)88
第5章電解槽的運(yùn)行原理和建模90
51電解槽的運(yùn)行原理91
52電解槽的動(dòng)態(tài)建模92
521電解槽的靜態(tài)（V-I）特性93
522制氫速率的建模93
523電解槽的熱模型94
53電解槽模型的實(shí)現(xiàn)95
參考文獻(xiàn)97
第6章應(yīng)用于燃料電池的功率變換器98
61引言99
62功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件的概述100
621二極管100
622晶閘管100
623雙極結(jié)型晶體管101
624金屬-氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管102
625門(mén)極可關(guān)斷晶閘管103
626絕緣柵雙極型晶體管103
627MOS控制晶閘管104
63AC/DC整流器105
631電路拓?fù)?05
632三相可控整流器的簡(jiǎn)化模型107
64DC/DC變換器110
641升壓變換器110
642降壓變換器114
65三相DC/AC逆變器117
651電路拓?fù)?17
652狀態(tài)空間模型119
653abc/dq變換122
654dq坐標(biāo)系下?tīng)顟B(tài)空間模型123
655三相VSI的理想模型124
參考文獻(xiàn)127
第7章并網(wǎng)型燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的控制128
71引言129
72并網(wǎng)系統(tǒng)的配置129
721PEMFC單元的配置130
722SOFC單元的配置131
73DC/DC變換器和逆變器的控制器的設(shè)計(jì)132
731升壓DC/DC變換器電路和控制器的設(shè)計(jì)132
732三相VSI的控制器的設(shè)計(jì)136
74仿真結(jié)果143
741期望輸出到電網(wǎng)的有功和無(wú)功功率——重載143
742輕載情況下向電網(wǎng)輸出有功功率、從電網(wǎng)吸收無(wú)功功率146
743燃料電池的負(fù)載性能跟隨分析150
744故障分析152
75總結(jié)154
參考文獻(xiàn)154
第8章獨(dú)立型燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的控制157
81引言158
82系統(tǒng)描述和控制策略158
83減緩負(fù)載瞬變控制159
831鉛酸蓄電池的電路模型160
832電池充/放電控制器161
833濾波器的設(shè)計(jì)162
84仿真結(jié)果163
841負(fù)載的暫態(tài)變化163
842負(fù)載瞬變減緩166
843蓄電池充/放電控制器170
85總結(jié)172
參考文獻(xiàn)172
第9章基于混合燃料電池的能源系統(tǒng)案例研究174
91引言175
92混合電子接口系統(tǒng)176
921直流耦合系統(tǒng)176
922交流耦合系統(tǒng)178
923不同于并網(wǎng)系統(tǒng)的獨(dú)立運(yùn)行系統(tǒng)178
93熱電混合運(yùn)行模式下的燃料電池179
94案例研究Ⅰ：風(fēng)能-光伏-燃料電池混合式獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng)180
941系統(tǒng)結(jié)構(gòu)180
942系統(tǒng)單元規(guī)格182
943系統(tǒng)組件特性185
944系統(tǒng)控制186
945仿真結(jié)果191
95案例研究Ⅱ：混合運(yùn)行模式SOFC的效率評(píng)估196
951熱力學(xué)定律與SOFC效率196
952氫燃料熱值200
953SOFC電效率201
954混合熱電聯(lián)產(chǎn)運(yùn)行模式SOFC的效率202
96總結(jié)204
參考文獻(xiàn)204
第10章燃料電池目前的挑戰(zhàn)和發(fā)展趨勢(shì)210
101引言211
102燃料電池系統(tǒng)運(yùn)行211
1021燃料處理器211
1022燃料電池堆212
1023功率調(diào)節(jié)器系統(tǒng)213
1024發(fā)電廠平衡(BOP)系統(tǒng)215
103當(dāng)前的挑戰(zhàn)和機(jī)遇216
1031成本216
1032燃料和燃料基礎(chǔ)設(shè)施216
1033材料和制造217
104美國(guó)燃料電池研發(fā)項(xiàng)目218
1041美國(guó)能源部的SOFC相關(guān)項(xiàng)目218
105燃料電池的未來(lái)：綜述和作者的觀點(diǎn)219
參考文獻(xiàn)220
附錄運(yùn)行PEMFC、SOFC模型及其分布式發(fā)電應(yīng)用模型的指南223