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图1 孤岛直流微电网系统结构Fig. 1 Structure of island DC microgrid
1.2 光伏电池模型
本文所搭建光伏电池数学模型为实用工程模型,该模型数学表达式[25]为
I=Isc{1−C1[exp(UC2Uoc)−1]}I=Isc{1−C1[exp(U/C2Uoc)−1]}(1)
式中：I、U分别为光伏电池输出电流、电压,Isc为短路电流;Uoc为开路电压;C1、C2为与电池峰值电压、电流相关的函数;当光照强度S和环境温度T发生变化时,就需要重新计算峰值电压、电流。
1.3 燃料电池模型
本文采用的燃料电池类型为质子膜交换燃料电池,其单电池Ucell的输出电压[26]为
Ucell=ENernst−Uact−Uohmic−Ucon(2)
式中：ENernst为热力学电动势;Uact为活化过电压;Uohmic为欧姆过电压;Ucon为浓差过电压。
1.4 蓄电池模型
本文采用RINT模型[27]作为蓄电池的数学模型,RINT模型中各项参数受蓄电池荷电状态、充放电电流影响,其模型公式为
Ubat=Ut−RIUbat=Ut−RI(3)
式中：Ubat为蓄电池工作电压;Ut为开路电压;R为内阻;I为充放电电流;Rchg、Rdis分别为充、放电电阻;Soc0为上一时刻荷电状态值;ηη为充放电效率;Q为容量。
1.5 电解槽模型
电解槽将水电解为氢气和氧气,氢气的产生速度与电解电路中电流的大小成正比[18]：
nel=ηFnciel/(2F)(6)
式中ηF为法拉第效率。法拉第效率表示为
ηF=96.5exp(0.09/iel−75.5/i2el)(7)
式中：nel为氢气产生速率;nc为电解槽串联数;iel为电解槽电流;F为法拉第常数。
1.6 储氢罐模型
根据范德华实际气体状态方程,储氢罐内压强Psto的表达式[28]为
式中：Rc为阿伏伽德罗常数;K为开氏温度;Vsto为储氢罐体积;a、b为常数;nsto为储氢罐氢储量;nfc为燃料电池耗氢速率;nre为储氢罐初始氢储量。
为了便于反映储氢罐的存储状态且易于进行能量管理,本文定义了储氢罐的等效荷电状态Sohc(State of hydrogen ge),即
Sohc=Psto/PNSohc=Psto/PN(9)
式中PN为储氢罐最大容许压强。
