本发明涉及一种燃料电池和太阳能混合发电的并网逆变系统，属于新能源燃料电池发电和太阳能发电技术领域。
背景技术：
太阳能是一种非常理想的清洁能源，近年来由于人们对环境问题的日益关注，太阳能的应用与普及，越来越受到人们的重视，应用领域也越来越广泛。据统计，我国有2/3以上国土面积的日照时间在2200小时以上，太阳能年辐射总量在502万kJ/m2以上，为太阳能的利用提供了丰富的资源和有利条件。根据太阳能的特点和实际需要，目前太阳能发电分为光热发电和光伏发电，通常说的太阳能发电指的是太阳能光伏发电，是利用半导体的光生伏特效应将光能直接转变为电能的一种发电技术。虽然太阳能和风能作为目前新能源分布式主要的发电来源，但是，由于太阳能发电需要足够的光照强度才能产生满足并网条件的电压，风力发电同样需要一定风速才能够带动风力发电机的叶片转动，从而产生电能。因此，太阳能和风力发电都具有间歇性和随机性的缺点，往往会对电网造成较大的冲击。
然而，氢能作为一种可再生的清洁二次能源，引起了全世界的注意，主要以氢气为主的燃料电池，是一种将燃料中的化学能直接转化为电能的化学装置，是火力发电、水力发电、核能发电和太阳能风能发电的第五代发电技术。
因此，燃料电池和太阳能电池混合发电系统不仅可以解决太阳能发电间歇性和随机性的缺陷，而且，具有储存密度高，使用寿命长，没有污染等特点，特别适用于一些特殊应用领域和边远无电地区民生活的用电。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种燃料电池和太阳能电池混合发电的并网逆变系统，它适用于新能源燃料电池发电和太阳能电池混合发电系统。针对现有太阳能发电并网逆变系统中太阳能电池具有间歇性和随机性问题，提出的燃料电池和太阳能电池混合发电并网逆变系统可以克服太阳能电池发电的间歇性和随机性缺陷，在夜间或者光照强度较低的情况下，太阳能电池停止发出电能或发出电能较低，燃料电池可以持续不断的发出电为电网供电，减少并网逆变系统出力突然减低，降低电网负担。而且，该系统具有太阳能电池最大功率跟踪控制MPPT、燃料电池最大效率运行、无工频变压器、防止孤岛效应，逆变过程具有更高的效率和安全性，并满足国家标准GB/T 33593-2017《分布式电源并网技术要求》，同时具有设计合理、结构简单、发电效率高、总谐波畸变率低、安全可靠性高等优点。
本发明的技术方案如下：一种燃料电池和太阳能电池混合发电的并网逆变系统，包括燃料电池、太阳能电池、输入开关、并网逆变系统主回路、负载、市电电网、并网逆变控制系统和并机通信接口；
所述燃料电池、太阳能电池分别与输入开关连接，所述输入开关与并网逆变系统主回路连接，所述并网逆变系统主回路分别与负载和市电电网连接，所述并网逆变控制系统分别与输入开关、并网逆变系统主回路和并机通信接口连接。
所述输入开关包括输入保护开关Ⅰ和输入保护开关Ⅱ，所述输入保护开关Ⅰ和输入保护开关Ⅱ的输入端分别与燃料电池的输出端、太阳能电池的输出端连接，所述输入保护开关Ⅰ和输入保护开关Ⅱ的输出端连接后再与并网逆变系统主回路连接；
所述并网逆变系统主回路包括直流升压电路、半桥逆变电路、并网开关、负载开关Ⅰ、负载开关Ⅱ；
所述输入开关中输入保护开关Ⅰ和输入保护开关Ⅱ的输出端连接后与直流升压电路的输入端连接，所述直流升压电路的输出端分别连接负载开关Ⅰ的输入端和半桥逆变电路的输入端，所述半桥逆变电路的输出端分别连接负载开关Ⅱ的输入端和并网开关的输入端；
所述负载包括本地直流负载和本地交流负载；
所述本地直流负载的输入端连接负载开关Ⅰ的输出端，所述本地交流负载的输入端连接负载开关Ⅱ的输出端；
所述市电电网的输入端连接并网开关的输出端；
所述并网逆变控制系统包括控制器、驱动电路、采样电路、燃料、太阳能电池电压检测电路、燃料、太阳能电池电流检测电路、燃料、太阳能电池温度检测电路、直流升压电路电压检测电路，逆变、负载和市电电网电压检测电路、逆变、负载和市电电网电流检测电路、逆变、负载和市电电网相位检测电路、逆变、负载和市电电网频率检测电路；所述采样电路的输入输出端连接控制器的输入输出端，所述驱动电路的输入端连接控制器输出端，所述驱动电路的输出端分别连接输入开关、并网逆变系统主回路，所述燃料、太阳能电池电压检测电路、燃料、太阳能电池电流检测电路、燃料、太阳能电池温度检测电路、直流升压电路电压检测电路，逆变、负载和市电电网电压检测电路、逆变、负载和市电电网电流检测电路、逆变、负载和市电电网相位检测电路、逆变、负载和市电电网频率检测电路的输出端分别与采样电路的输入端连接。
所述并机通信接口的输入输出端连接控制器的输入输出端。
所述燃料电池和太阳能电池分别由输入保护开关和输入保护开关连接至并网逆变系统主回路。所述并网逆变系统主回路由两级式逆变结构组成，前级为DC/DC直流升压电路，后级为DC/AC半桥逆变电路。所述本地直流负载和本地交流负载分别连接在DC/DC直流升压电路和DC/AC半桥逆变电路的输出端，为本地直流负载和本地交流负载提供所需电能。
所述控制器包括先进的数字处理DSP(TMS320LF24x)芯片，所述驱动电路包括可编程逻辑CPLD芯片，所述控制器的一输入输出端通过并机通信接口连接到上位机PC或者其他并联运行的并网逆变系统，实现多机协调控制，所述控制器根据燃料电池的电压、电流计算燃料电池的输出功率，并将数据通过并机通信接口上传至上位机PC，供工作人员调整燃料电池的燃料供应，使燃料电池运行在最大效率点，节约燃料；所述控制器根据太阳能电池的电压、电流计算太阳能电池的最大输出功率点，并据此调整直流升压电路的驱动信号占空比，实施最大功率跟踪控制(MPPT)；所述控制器实施并网和孤网两种运行模式控制及其平滑切换，并根据直流升压电路的正负直流电压、半桥逆变电路、市电电网和本地负载的电流、电压、频率、相位、功率等参数，确定输出至半桥逆变电路的高频正弦波脉冲宽度调制(SPWM)控制信号。
本发明涉及的燃料电池和太阳能电池混合发电系统主要有两种运行方式，第一，当日照充足时，太阳能电池以最大功率点发电，由于白天用电负荷较轻，太阳能发出电能通过并网逆变系统流向电网；第二，在夜晚或者阴天无日照的时候，利用燃料电池运行在最大效率点发电并网。
本发明的有益效果如下：
(1)本发明通过燃料电池和太阳能电池混合发电的并网逆变系统为电网提供电能，在光照充足的时候太阳能电池可以正常工作在最大功率点为电网供电。夜间、光照强度较低的时候，太阳能电池不能正常发出电能，燃料电池则可以开始投入工作，持续的为电网供电。
(2)本发明可以减少因太阳能电池出力降低而引起电网电压降低，实现太阳能和燃料电能混合利用，提高系统的效率，并增强电网的稳定性。
(3)本发明相比已有的太阳能电池并网系统，采用两级式逆变系统，有效的隔离电网与燃料电池和太阳能电池，并且有效的弥补太阳能电池间歇性、随机性的缺陷，使发电系统效率进一步提高，稳定性进一步增强。
附图说明
图1为本发明燃料电池和太阳能电池混合发电并网逆变系统的结构图；
图2为本发明燃料电池和太阳能电池混合发电并网逆变系统主回路的连接关系图；
图中各标号为：1-燃料电池、2-太阳能电池、3-输入开关、31-保护开关Ⅰ、32-输入保护开关Ⅱ、4-并网逆变系统主回路、41-直流升压电路、42-半桥逆变电路、43-并网开关、44-负载开关Ⅰ、45-负载开关Ⅱ、5-负载、51-本地直流负载、52-本地交流负载、6-市电电网、7-并网逆变控制系统、701-控制器、702-驱动电路、703-采样电路、704-燃料、太阳能电池电压检测电路、705-燃料、太阳能电池电流检测电路、706-燃料、太阳能电池温度检测电路、707-直流升压电路电压检测电路、708-逆变、负载和市电电网电压检测电路、709-逆变、负载和市电电网电流检测电路、710-逆变、负载和市电电网相位检测电路、711-逆变、负载和市电电网频率检测电路、8-并机通信接口、
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步说明。
实施例1：如图1所示：一种燃料电池和太阳能电池混合发电的并网逆变系统，包括燃料电池1、太阳能电池2、输入开关3、并网逆变系统主回路4、负载5、市电电网6、并网逆变控制系统7和并机通信接口8；
所述燃料电池1、太阳能电池2分别与输入开关3连接，所述输入开关3与并网逆变系统主回路4连接，所述并网逆变系统主回路4分别与负载5和市电电网6连接，所述并网逆变控制系统7分别与输入开关3、并网逆变系统主回路4和并机通信接口8连接。
所述输入开关3包括输入保护开关Ⅰ31和输入保护开关Ⅱ32，所述输入保护开关Ⅰ31和输入保护开关Ⅱ32的输入端分别与燃料电池1的输出端、太阳能电池2的输出端连接，所述输入保护开关Ⅰ31和输入保护开关Ⅱ32的输出端连接后再与并网逆变系统主回路4连接；
所述并网逆变系统主回路4包括直流升压电路41、半桥逆变电路42、并网开关43、负载开关Ⅰ44、负载开关Ⅱ45；
所述输入开关3中输入保护开关Ⅰ31和输入保护开关Ⅱ32的输出端连接后与直流升压电路41的输入端连接，所述直流升压电路41的输出端分别连接负载开关Ⅰ44的输入端和半桥逆变电路42的输入端，所述半桥逆变电路42的输出端分别连接负载开关Ⅱ45的输入端和并网开关43的输入端；
所述负载5包括本地直流负载51和本地交流负载52；
所述本地直流负载51的输入端连接负载开关Ⅰ44的输出端，所述本地交流负载52的输入端连接负载开关Ⅱ45的输出端；
所述市电电网6的输入端连接并网开关43的输出端；
所述并网逆变控制系统7包括控制器701、驱动电路702、采样电路703、燃料、太阳能电池电压检测电路704、燃料、太阳能电池电流检测电路705、燃料、太阳能电池温度检测电路706、直流升压电路电压检测电路707、逆变、负载和市电电网电压检测电路708、逆变、负载和市电电网电流检测电路709、逆变、负载和市电电网相位检测电路710、逆变、负载和市电电网频率检测电路711；所述采样电路703的输入输出端连接控制器701的输入输出端，所述驱动电路702的输入端连接控制器701输出端，所述驱动电路702的输出端分别连接输入开关3、并网逆变系统主回路4；所述燃料、太阳能电池电压检测电路704、燃料、太阳能电池电流检测电路705、燃料、太阳能电池温度检测电路706、直流升压电路电压检测电路707，逆变、负载和市电电网电压检测电路708、逆变、负载和市电电网电流检测电路709、逆变、负载和市电电网相位检测电路710、逆变、负载和市电电网频率检测电路711的输出端分别与采样电路703的输入端连接。
所述并机通信接口8的输入输出端连接控制器701的输入输出端。
所述燃料电池1和太阳能电池2分别由输入保护开关Ⅰ31和输入保护开关Ⅱ32连接至并网逆变系统主回路4。所述并网逆变系统主回路4由两级式逆变结构组成，前级为DC/DC直流升压电路41，后级为DC/AC半桥逆变电路42。所述本地直流负载51和本地交流负载52分别连接在DC/DC直流升压电路41和DC/AC半桥逆变电路42的输出端，为本地直流负载51和本地交流负载52提供所需电能。
所述控制器701包括先进的数字处理DSP(TMS320LF24x)芯片，所述驱动电路702包括可编程逻辑CPLD芯片，所述控制器701的一输入输出端通过并机通信接口8连接到上位机PC或者其他并联运行的并网逆变系统，实现多机协调控制，所述控制器701根据燃料电池1的电压、电流计算燃料电池1的输出功率，并将数据通过并机通信接口8上传至上位机PC，供工作人员调整燃料电池1的燃料供应，使燃料电池1运行在最大效率点，节约燃料；所述控制器701根据太阳能电池2的电压、电流计算太阳能电池2的最大输出功率点，并据此调整直流升压电路的驱动信号占空比，实施最大功率跟踪控制(MPPT)；所述控制器701实施并网和孤网两种运行模式控制及其平滑切换，并根据直流升压电路41的正负直流电压、半桥逆变电路42、市电电网6和本地负载5的电流、电压、频率、相位、功率等参数，确定输出至半桥逆变电路42的高频正弦波脉冲宽度调制(SPWM)控制信号。
如图2所示，本发明通过燃料电池和太阳能电池混合发电并网逆变系统为电网提供电能，在光照充足的时候太阳能电池2可以正常工作在最大功率点为电网供电。夜间、光照强度较低的时候，太阳能电池2不能正常发出电能，燃料电池1则可以开始投入工作，持续的为电网供电。对于电网，可以减少因太阳能电池出力降低而引起电网电压降低，实现太阳能和燃料电能混合利用，提高系统的效率，并增强电网的稳定性。相比已有的太阳能电池并网系统，采用两级式逆变系统，有效的隔离电网与燃料电池和太阳能电池，并且有效的弥补太阳能电池间歇性、随机性的缺陷，使发电系统效率进一步提高，稳定性进一步增强。
本发明的燃料电池和太阳能电池混合发电的并网逆变系统中最大功率点跟踪控制算法采用能够适应光照强度快速变化的导纳增量控制法，程序容易在并网逆变控制系统7中实现，并且导纳增量法不需要考虑太阳能电池组件的特性及参数，电压波动较小，具有较高的控制精度。导纳增量法工作原理为：由太阳能电池功率-电压曲线P-V曲线可知，在太阳能电池最大功率点处有并且当太阳能电池工作点在最大功率点的左边有当太阳能电池工作点在最大功率点的右边有由此判断太阳能电池输出功率和输出电压之间导数关系来实现最大功率点追踪。对于太阳能电池输出功率有：P＝I*V，两边同时对V求导，并将I看成V的函数，则有当输出电压为最大功率点电压时，V＝Vm，当输出电压大于最大功率点电压时，V＞Vm，当输出电压小于最大功率点电压时，V＜Vm，则可以推出：当输出电压为最大功率点电压时，V＝Vm，当输出电压大于最大功率点电压时，V＞Vm，当输出电压小于最大功率点电压时，V＜Vm，
通过太阳能电池2输出功率与输出电压的导数是否为零的条件来改变电池的输出电压，具体的调节方法为：第一步，采样电路703实时通过燃料电池、太阳能电池电压检测电路704和燃料、太阳能电池电流检测电路705采集太阳能电池2的输出电压V(K)和输出电流I(K)，控制器701与上次采集太阳能电池2的输出电压V(K-1)和输出电流I(K-1)进行比较，求出输出电压差值dV＝V(K)-V(K-1)和输出电流差值dI＝I(K)-I(K-1)；第二步，控制器701判断与的关系，若为等于关系，则Uref＝V(K)，若为小于关系，则Uref＝V(K)-Ustep，若为大于关系，则Uref＝V(K)+Ustep。第三步，得到Uref后，调整太阳能电池工作点电压就可以达到最大功率点追踪MTTP的目的。
控制器701根据采样电路703通过燃料、太阳能电池电压检测电路704、燃料、太阳能电池电流检测电路705、燃料、太阳能电池温度检测电路706采集到燃料电池1和太阳能电池2的输出电压、输出电流工作温度，通过判断各个参数是否正常可以判断太阳能电池2是否正常工作，控制器701输出控制信号给驱动电路702驱动输入保护开关32，让太阳能电池2接入并网逆变系统主回路4中，并接通并网开关43，发电并网。当判断太阳能电池2受光照强度影响不能正常出力时，控制器701输出控制信号给驱动电路702断开输入保护开关32，并接通输入保护开关Ⅰ31，让燃料电池1接入并网逆变系统主回路4，并接通并网开关43，发电并网。控制器701通过采样电路703采集到本地直流负载51和本地交流负载52的功率大小，判断本地直流负载51和本地交流负载52是否在满足供电条件内，若满足，控制器701输出控制信号给驱动电路702接通负载开关Ⅰ44、负载开关Ⅱ45；若不满足供应条件，则断开相应的负载开关。
控制器701根据采样电路703通过逆变、负载和市电电网电压检测电路708、逆变、负载和市电电网电流检测电路709、逆变、负载和市电电网相位检测电路710、逆变、负载和市电电网频率检测电路711的采样数据，判断市电电网6的电压、电流、相位和频率参数是否在正常范围内，如果在正常范围内，则输出控制信号经开关驱动电路702接通并网开关43，并使半桥逆变电路42工作于PQ控制模式；如果不在正常范围内，则输出控制信号经开关驱动电路702断开并网开关43，并使半桥逆变电路42工作于V/f控制模式，半桥逆变电路43以孤网运行模式为本地交流负载52提供电能。
上面结合附图对本发明的具体实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。