燃料電池的建模與控制及其在分布式發(fā)電中的應用

譯者序
原書前言
原書致謝
第1章緒論1
11背景：美國電網的形成與重構簡介2
12電力管制放開和分布式發(fā)電5
13分布式電源的類型6
14燃料電池分布式電源8
15氫能經濟11
151簡介11
152轉型到氫能經濟的挑戰(zhàn)12
153氫的生產12
154氫能的存儲和配送16
155美國能源部的與氫有關的活動16
156本書的任務18
參考文獻20
第2章燃料電池的工作原理22
21引言23
22元素的化學能與熱能23
23熱力學基礎24
231熱力學第一定律24
232熱力學第二定律24
24電化學基礎26
241吉布斯自由能26
25化學反應中的能量平衡27
26能斯特方程28
27燃料電池的基礎29
28燃料電池的類型30
29燃料電池等效電路39
210雙電層電容效應40
211總結41
參考文獻42
第3章質子交換膜燃料電池的動態(tài)建模與仿真43
31引言: 燃料電池動態(tài)模型的需求44
32專門術語（PEMFC）44
33PEMFC的動態(tài)模型建立47
燃料電池的建模與控制及其在分布式發(fā)電中的應用目錄331電極上的氣體擴散48
332物質守恒50
333PEMFC的輸出電壓50
334PEMFC的電壓降51
335PEMFC熱力學平衡53
34PEMFC的模型結構54
35PEMFC的等效電路模型55
36PEMFC模型的驗證59
參考文獻64
第4章固體氧化物燃料電池的動態(tài)建模與仿真65
41引言66
42術語（SOFC）66
43SOFC動態(tài)建模68
431有效分壓69
432物質守恒71
433SOFC輸出電壓72
434管狀SOFC的熱力學能量平衡76
44SOFC動態(tài)模型結構78
45恒定燃料流量操作下SOFC模型的響應特性79
451穩(wěn)態(tài)特性79
452動態(tài)響應81
46恒定燃料利用率模式下的SOFC模型響應85
461穩(wěn)態(tài)特性86
462動態(tài)響應87
參考文獻88
第5章電解槽的運行原理和建模90
51電解槽的運行原理91
52電解槽的動態(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電解槽模型的實現95
參考文獻97
第6章應用于燃料電池的功率變換器98
61引言99
62功率半導體開關器件的概述100
621二極管100
622晶閘管100
623雙極結型晶體管101
624金屬-氧化物半導體場效應晶體管102
625門極可關斷晶閘管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電路拓撲105
632三相可控整流器的簡化模型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電路拓撲117
652狀態(tài)空間模型119
653abc/dq變換122
654dq坐標系下狀態(tài)空間模型123
655三相VSI的理想模型124
參考文獻127
第7章并網型燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的控制128
71引言129
72并網系統(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計132
731升壓DC/DC變換器電路和控制器的設計132
732三相VSI的控制器的設計136
74仿真結果143
741期望輸出到電網的有功和無功功率——重載143
742輕載情況下向電網輸出有功功率、從電網吸收無功功率146
743燃料電池的負載性能跟隨分析150
744故障分析152
75總結154
參考文獻154
第8章獨立型燃料電池發(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濾波器的設計162
84仿真結果163
841負載的暫態(tài)變化163
842負載瞬變減緩166
843蓄電池充/放電控制器170
85總結172
參考文獻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不同于并網系統(tǒng)的獨立運行系統(tǒng)178
93熱電混合運行模式下的燃料電池179
94案例研究Ⅰ：風能-光伏-燃料電池混合式獨立發(fā)電系統(tǒng)180
941系統(tǒng)結構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仿真結果191
95案例研究Ⅱ：混合運行模式SOFC的效率評估196
951熱力學定律與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)產運行模式SOFC的效率202
96總結204
參考文獻204
第10章燃料電池目前的挑戰(zhàn)和發(fā)展趨勢210
101引言211
102燃料電池系統(tǒng)運行211
1021燃料處理器211
1022燃料電池堆212
1023功率調節(jié)器系統(tǒng)213
1024發(fā)電廠平衡(BOP)系統(tǒng)215
103當前的挑戰(zhàn)和機遇216
1031成本216
1032燃料和燃料基礎設施216
1033材料和制造217
104美國燃料電池研發(fā)項目218
1041美國能源部的SOFC相關項目218
105燃料電池的未來：綜述和作者的觀點219
參考文獻220
附錄運行PEMFC、SOFC模型及其分布式發(fā)電應用模型的指南223