基于MATLAB燃料电池半实物仿真系统设计

独立运行和并网模式下微型燃气轮机的建模与性能分析Modeling and Performance Analysis of Microturbine in Independent Operation and Grid -Connection ModeABSTRACT:The microturbine generation system will be the most widely used distributed generation in the near future. According to the dynamic characteristics of the Microturbine system, a mathematic model which treats the Microturbine and its electric system as a whole is built. Further researches on the basic control of the Microturbine system are presented. The dynamic characteristics of the Micro gas turbine system are emphasized, especially the characteristics of the load disturbance. Simulation results demonstrate the model is coordinate to the real Microturbine system. The general purpose of this project is for further researching thermodynamic engine control of the Microturbine and giving the basic resources to corresponding control of inverter control of generator electric side.KEY WORDS：distributed generation; microturbine; modeling; simulation; PWM摘要：微型燃气轮机发电系统是一种具有广泛应用前景的分布式发电系统。

总740期第六期2021年2月河南科技Henan Science and Technology基于Matlab/Simulink的质子交换膜燃料电池建模仿真孙桂芝1宋振泉2（1.烟台职业学院汽车与船舶工程系，山东烟台264670；2.烟台之星汽车服务有限公司，山东烟台264000）摘要：本文简述了质子交换膜燃料电池的结构及工作原理，重点介绍了燃料电池电压与电流模型结构和建模原理，并在Matlab/Simulink平台上对所建燃料电池模型进行仿真。

仿真分析结果反映出电池活化极化损耗、欧姆损耗以及浓度极化损耗随电流增大而改变的关系，最终以燃料电池极化曲线的形式显示出来，为燃料电池电动汽车建模与控制仿真奠定基础。

关键词：燃料电池；建模仿真；Matlab/Simulink中图分类号：TM911.4文献标识码：A文章编号：1003-5168（2021）06-0126-04Modeling and Simulation of Proton Exchange Membrane FuelCell Based on Matlab/SimulinkSUN Guizhi1SONG Zhenquan2（1.Department of Automobile and Ship Engineering,Yantai Vocational College，Yantai Shandong264670；2.Yantai StarAutomobile Service Co.,Ltd.，Yantai Shandong264000）Abstract:This paper briefly described the structure and working principle of the proton exchange membrane fuel cell,focusing on the fuel cell voltage and current model structure and modeling principle,and simulated the built fuel cell model on the Matlab/Simulink platform.The simulation analysis results reflected the relationship between bat⁃tery activation polarization loss,ohmic loss and concentration polarization loss as the current increased,and finally displayed in the form of fuel cell polarization curve,laying a foundation for fuel cell electric vehicle modeling and control simulation basis.Keywords:fuel cell；modeling and simulation；Matlab/Simulink燃料电池是一种将储存在燃料和氧化剂中的化学能通过电极反应直接转化为电能的发电装置。

基于MATLAB的能源系统仿真分析能源系统仿真分析在现代工程设计和技术建模中扮演着重要角色，它可以帮助工程师和科学家预测并优化能源消耗、降低费用以及减少对环境的影响。

MATLAB作为一款广泛使用的科学计算软件，可以为能源系统的建模、仿真和分析提供最佳解决方案，使得能源系统设计和优化变得更加高效和准确。

本文将介绍基于MATLAB的能源系统仿真分析的基本原理、技术特点和应用前景。

1. 能源系统仿真的基本原理能源系统仿真分析是建立在能量守恒、质量守恒和热平衡原理的基础上的，它涉及到能源转化、传输和消耗过程的多个环节。

能源系统的仿真分析可以通过数值方法对各种复杂的物理、化学、机械、电子和热力学过程进行数学建模，以便更好地了解和优化能源系统的运行状况。

在MATLAB中，要进行能源系统仿真分析，需要先确定仿真模型的类型和仿真框架，并结合能源系统的物理、化学和数学背景来确定所需的数学方程和计算方法。

然后，需要将所需的数据和参数输入仿真模型中，以进行基于数值模拟的实时计算和分析。

最后，需要通过仿真结果和分析结论对能源系统进行优化和改进。

2. 基于MATLAB的能源系统仿真分析的技术特点MATLAB作为一款易于使用、灵活性强、功能丰富的科学计算软件，具有如下特点：2.1 易于学习和使用MATLAB的用户界面友好、交互式命令式编程方式易于掌握，便于工程师和科学家快速上手。

此外，MATLAB库中有大量的实例程序和工具箱，可用于各种不同的应用场景，从而进一步降低学习和使用的难度。

2.2 提供完整的工具集MATLAB提供了多种仿真、建模和分析工具，可支持多种能源系统应用场景，包括燃料电池、太阳能、风能、水力发电、核能、电网等。

此外，MATLAB还提供了多种可视化工具，帮助用户直观地了解和分析仿真结果。

2.3 灵活性和可定制性高MATLAB提供了可扩展性强的编程语言，用户可以根据需要编写自己的仿真模型和算法，从而实现更高度的自定义和控制。

Matlab技术在电力系统仿真中的应用指南I. 引言电力系统仿真是电力领域中重要的研究工具之一。

它能够帮助电力工程师、研究人员和决策者分析电力系统的运行情况，评估系统的稳定性和可靠性，并进行优化和规划。

在电力系统仿真中，Matlab技术被广泛应用，本文将探讨Matlab在电力系统仿真中的具体应用指南。

II. 电力系统建模与仿真在电力系统的仿真过程中，建模是关键。

Matlab提供了一系列强大的工具和函数，用于电力系统的建模和仿真。

电力系统通常可以分为三个主要的子系统：发电系统、输电系统和配电系统。

每个子系统都有其特定的建模需求。

1. 发电系统建模发电系统的建模包括发电机、励磁系统和稳定器的建模。

Matlab提供了多种建模方法，如传递函数模型、状态空间模型和非线性模型。

用户可以根据实际情况选择合适的建模方法，并使用Matlab的仿真工具进行系统稳定性和响应性能的评估。

2. 输电系统建模输电系统建模是电力系统仿真中的一个关键环节。

Matlab提供了强大的电力网络建模工具，可以用来建立输电线路、变压器和各种网络拓扑结构。

用户可以通过Matlab的图形用户界面或脚本语言来创建并配置电力网络模型，然后进行仿真分析。

3. 配电系统建模配电系统建模是电力系统仿真的最后一个环节。

Matlab提供了用于建立配电系统的工具和函数。

用户可以使用Matlab的电力系统模块来创建配电网络模型，并进行负载流、短路分析、电能质量评估等仿真计算。

这些模型和仿真分析结果可以帮助用户评估配电系统的可靠性和效益。

III. 电力系统模拟与分析在电力系统仿真中，模拟和分析是非常重要的步骤。

Matlab提供了各种仿真和分析工具，用户可以利用这些工具来模拟电力系统的运行情况，并评估系统的性能。

1. 稳定性分析电力系统的稳定性是电力系统仿真中的一个关键指标。

Matlab提供了用于稳定性分析的工具，可以帮助用户评估电力系统的电压稳定性和频率稳定性。

质子交换膜燃料电池建模与matlab仿真质子交换膜燃料电池（Proton Exchange Membrane Fuel Cell，PEMFC）是一种新型的燃料电池，具有高效、环保、低噪音等优点，被广泛应用于汽车、船舶、航空航天等领域。

本文将介绍PEMFC 的建模方法和matlab仿真过程。

一、PEMFC的建模方法PEMFC的建模方法主要包括物理模型和数学模型两个方面。

1.物理模型PEMFC的物理模型主要包括质子传输模型、电子传输模型、氢气传输模型和氧气传输模型。

质子传输模型：PEMFC中的质子传输是通过质子交换膜（PEM）实现的。

PEM的作用是将氢气和氧气分离，同时允许质子通过。

质子传输模型可以用Fick定律表示：JH+=-Dh∇cH+其中，JH+表示质子的扩散通量，Dh表示质子的扩散系数，cH+表示质子的浓度。

电子传输模型：PEMFC中的电子传输是通过电极和电解质之间的反应实现的。

电子传输模型可以用Ohm定律表示：J=σ∇V其中，J表示电流密度，σ表示电导率，V表示电势。

氢气传输模型：PEMFC中的氢气传输是通过氢气通道实现的。

氢气传输模型可以用Fick定律表示：JH2=-Dh2∇cH2其中，JH2表示氢气的扩散通量，Dh2表示氢气的扩散系数，cH2表示氢气的浓度。

氧气传输模型：PEMFC中的氧气传输是通过氧气通道实现的。

氧气传输模型可以用Fick定律表示：JO2=-DO2∇cO2其中，JO2表示氧气的扩散通量，DO2表示氧气的扩散系数，cO2表示氧气的浓度。

2.数学模型PEMFC的数学模型主要包括质量守恒方程、动量守恒方程、电荷守恒方程和能量守恒方程。

质量守恒方程：PEMFC中的质量守恒方程可以用以下方程表示：∂(εH2cH2)/∂t+∇(εH2cH2vH2)=0其中，εH2表示氢气通道的孔隙率，cH2表示氢气的浓度，vH2表示氢气的速度。

动量守恒方程：PEMFC中的动量守恒方程可以用以下方程表示：∂(εH2ρH2vH2)/∂t+∇(εH2ρH2vH2vH2)=∇P-∇τ其中，ρH2表示氢气的密度，P表示氢气的压力，τ表示氢气的剪切应力。

第27卷第6期2006年12月 青 岛 科 技 大 学 学 报Jour nal of Qing dao University of Science and T echno logy V ol.27No.6Dec.2006文章编号:1672-6987(2006)06-0540-03基于Matlab 的随动系统半实物仿真平台设计隋树林,于 镭,邵 巍(青岛科技大学自动化与电子工程学院,山东青岛,266042)摘 要:设计了一种基于M atlab 与DSP 的随动系统仿真平台。

系统利用Matlab 对DSP 端口进行访问,并对实时数据进行分析、处理和显示。

软件部分采用Matlab 进行程序编写,发挥了M atlab 强大的数据处理功能,克服了VC 与M atlab 混合编程工作量大,结构复杂的缺点,又弥补了单独用VC 编程处理数据能力弱的不足,较好的实现了对随动系统的半实物仿真和校验。

关键词:M atlab;DSP;随动系统;半实物仿真中图分类号:T P 211 文献标识码:ADesign of Tracking S ystem Hardware -in -loopSimulation Platform Based on MatlabSUI Shu -lin,YU Lei,SHAO Wei(College of Automation and Electronic Engin eering,Qin gdao University ofS cience and Technology,Qin gdao 266042,C hina)Abstract:T he design of a tracking sy stem simulation platfo rm based on M atlab and DSPis pr esented in this paper.In the sy stem,M atlab is used to access DSP por t,analyze and process the rea-l tim e data as w ell as show the results.In order to overco me thesho rtcom ing of complex structure and make up the w eakness on processing data using VC lang uag e only,the softw ar e of the sy stem is progr am med w ith M atlab that has pow -er ful functio n to pro cess data.This system has been tested using hardw are -in -lo op sim -ulation and a go od result has been achieved.Key w ords:M atlab;DSP;tracking system;hardw are -in -lo opsimulation 半实物仿真是计算机在进行仿真时引入部分硬件实物进行软硬结合的仿真,是对各种复杂控制系统进行初步测试的常用方法。

可编辑修改精选全文完整版基于Matlab的小型电力系统的建模与仿真实验1【精品毕设、无需降重】基于Matlab的小型电力系统的建模与仿真一、实验目的电力系统的动态仿真研究将不能在实验室中进行的电力系统运行模拟得以实现。

在判定一个电力系统设计的可行性时，都可以首先在计算机机上进行动态仿真研究，它的突出优点是可行、简便、经济的。

本实验目的是通过MATLAB 的simulink环境对一个典型的工厂供电系统进行仿真，以熟悉供电系统在发生各种短路故障时的分析方法并与课堂知识进行对比学习。

二、预习与思考1、建立仿真模型，对不同短路形式进行仿真，截取仿真结果图，补充报告中每个仿真图形的名称。

2 数值仿真实验结果与课堂推导结果有什么区别与联系？3 典型的短路形式包括几种？4 根据仿真结果，说明短路时零序电流存在的必要条件？三、MATLAB PSB简介Matlab PSB(Sim Power Systems)以simulink为运行环境，涵盖了电路、电力电子、电气传动和电力系统等电气学科中常用的基本元件和系统仿真模型，它主要由6个子模块库组成。

(1)电源模块库:包括直流电压源、交流电压源、交流电流源、可控电压源、可控电流源、三相电源、三相可编程电压源;(2)基本元件模块库:串联(并联)RLC/负载/支路、变压器(单相、三相等)、断路器和三相故障部分;(3)电力电子模块库:二极管、晶闸管、GTO、IGBT、MOSFET、理想开关以及各种电力电子控制模块;(4)电机模块库:励磁装置、异步电动机、同步电动机、直流电动机以及配套的电机测量部件;(5)测量仪器库:电流测量和电压测量等;通过以上模块可以完成.各种基本的电力电子电路、电力系统电路和电气传动电路，还可以通过其他模块的配合完成更高层次的建模，如风力发电系统、机器人控制系统等等。

四、仿真模型的设计和实现在三相电力系统中，大多数故障都是由于短路故障引起的，在发生短路故障的情况下，电力系统从一种状态剧烈变化到另一种状态，并伴随着复杂的暂态现象。

AUTO PARTS | 汽车零部件基于Matlab/Simulink燃料电池系统数字孪生模型开发张依民　梁满志常熟理工学院、汽车工程学院、车辆工程 江苏省常熟市 215500摘 要： 文章主要用了Matlab/Simulink软件对PEM燃料电池系统进行数字孪生模型开发，并且采用半机理半经验的模型搭建方法，将PEM燃料电池系统中的重要辅助子系统：电堆、空气供给系统与冷却系统等模型的搭建过程详尽的讲解。

关键词：PEM燃料电池系统　数字孪生模型　电堆模型　空气子系统模型　冷却系统模型　系统建模1　引言PEM燃料电池具有许多可圈可点的优点，例如：运行时电池温度低、能效高、启动快、无污染，但是对中型和大型的燃料电池系统来说，它们的内部组成、系统的内部结构和所需的运行条件也都还较为复杂，这样使其维修拆卸与故障寻找相对困难，所以对于PEM燃料电池还有着非常大的发展前景。

那么想要实现对PEM燃料电池系统的优化控制、实时的可视化监控、故障诊断以及综合管理，就不得不提到近年来在各个领域大方光彩的数字孪生技术。

数字孪生是充分利用物理模型、传感器更新、运行历史等数据，集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程，在虚拟空间中完成映射，从而反映相对应的实体装备的全生命周期过程[1]。

通俗来说就是：数字孪生就是在一台设备上或者一个系统的基础上，创建一个与现实对象一样的数字版的对象，这样现实对象与数字世界对象就好比为亲生的“孪生兄弟”一样，并且他们一模一样并且实时同步，甚至数字世界里面的对象比现实中的对象可以更快的预测未来发生什么并提前告诉你将要怎么样去应对。

所以数字孪生连接起了物理与信息数字世界，并且它有着可视化、高校分析、数据实时跟踪以及预测未来的众多应用价值。

本文就是采用半机理半经验的方法对PEM燃料电池系统进行详细数字孪生模型开发建模。

2　电堆的模型建立2.1　电堆电压模型建模燃料电池系统的核心是电堆，而电堆的核心是电压。

燃料电池matlab燃料电池是一种将化学能直接转化为电能的装置，而Matlab是一种用于数值计算和数据可视化的高级技术计算语言和交互式环境。

在使用Matlab进行燃料电池方面的研究和开发时，可以利用Matlab的各种工具和功能进行模拟、优化和分析。

首先，使用Matlab进行燃料电池的建模和仿真。

可以利用Matlab中的Simulink工具箱来建立燃料电池系统的动态模型，包括燃料电池堆、氢气和氧气供应系统、电化学反应等。

通过对模型进行仿真，可以评估系统的性能和稳定性，优化系统参数以提高效率和可靠性。

其次，利用Matlab进行燃料电池系统的控制策略设计。

可以使用Matlab中的控制系统工具箱来设计燃料电池系统的控制算法，包括电压和电流的控制、负载均衡和故障诊断等。

通过仿真和实验验证，可以优化控制策略，提高系统的动态响应和稳定性。

另外，利用Matlab进行燃料电池系统的性能分析和优化。

可以利用Matlab进行燃料电池系统的性能参数分析，包括功率输出、能量效率、响应时间等。

通过建立性能模型和使用Matlab中的优化工具箱，可以优化系统设计和运行参数，以提高系统的整体性能和经济性。

此外，利用Matlab进行燃料电池系统的数据处理和可视化。

可以使用Matlab进行实验数据的处理和分析，包括数据拟合、统计分析和可视化。

通过绘制图表和曲线，可以直观地展示燃料电池系统的性能和特性，为进一步研究和应用提供支持。

总的来说，利用Matlab进行燃料电池方面的研究和开发，可以充分发挥Matlab在数值计算、模拟仿真、控制设计和数据处理方面的优势，为燃料电池技术的进一步发展提供有力的支持。

基于Matlab_Simulink仿真的电⼒电⼦实验系统设计与实现2008年6⽉陕西理⼯学院学报June .2008第24卷第2期 Journa l o f Shaanx iU niversity of T echnology V o.l 24 N o .2[⽂章编号]1673-2944(2008)02-0026-05基于M atlab /S m i uli nk 仿真的电⼒电⼦实验系统设计与实现韩芝侠(宝鸡⽂理学院电⼦电⽓⼯程系, 陕西宝鸡 721007)[摘要] ⽬前,M a tlab 软件在各个⾏业应⽤⾮常⼴泛,设计了⼀个基于M a tlab /S i m ulink 仿真的电⼒电⼦实验系统。

以Buck 变换的仿真为例,应⽤了该实验系统的设计⽅法分析其结构,建⽴了仿真模型,并验证其结果。

使⽤M atlab /S i m uli n k 对电路进⾏分析,可以使复杂的计算变得⾮常简便、直观,便于学⽣在建模仿真过程中更加深刻的理解和掌握所学知识。

[关键词] M atlab /S i m uli n k; Buck 变换; 电⼒电⼦仿真[中图分类号] TN911.72 [⽂献标识码] B收稿⽇期:2007-10-26作者简介:韩芝侠(1970)),⼥,陕西扶风⼈,宝鸡⽂理学院讲师,硕⼠,主要研究⽅向为检测技术与⾃动化装置。

电⼒电⼦技术是⼀门新兴技术,已成为现代电⽓⼯程与⾃动化专业不可缺少的⼀门专业基础课,在培养本专业⼈才中占有重要地位。

该课程是由电⼒学、电⼦学和控制理论3个学科交叉⽽成的,内容多,知识⾯⼴,信息量⼤,在有限的学时内⽤传统的教学⽅法去授课,教学效果不是很理想。

如何能做到最⼤限度地提⾼单位学时的信息量,培养学⽣的学习兴趣和能⼒,提⾼教学质量,是实验教学所⾯临的挑战。

为了使学⽣能更直观、⾼效地理解和掌握所学知识,引⼊了仿真实验,在建模仿真的过程中将抽象的理论知识变成直观的感性认识,取得了较好的教学效果。

基于MATLAB平台的燃料电池系统建模及外特性仿真陈新传;宋强;黄荣【摘要】本文建立了燃料电池系统的数学模型,采用MATLAB/SIMULINK平台建立了燃料电池系统及动力系统的仿真模型:通过仿真计算,研究了燃料电池系统与动力系统之间的关系.结果表明,仿真模型具有良好的匹配性及适用性,该研究方法可以应用于燃料电池及动力系统的特性仿真、优化设计和控制系统的研究.【期刊名称】《船电技术》【年(卷),期】2016(036)007【总页数】4页(P77-80)【关键词】建模;仿真;MATLAB;燃料电池;动力系统【作者】陈新传;宋强;黄荣【作者单位】海军装备研究院,北京 100161;海军装备研究院,北京 100161;海军装备研究院,北京 100161【正文语种】中文【中图分类】TM911燃料电池作为一种新型发电装置，与现在广泛使用的热机（燃气轮机、内燃机等）及其它发电方式相比，具有如下特点［1］：1）效率高；2）污染低；3）噪声低；4）使用范围广。

质子交换膜燃料电池（PEMFC）具有功率密度高、寿命长、运行可靠、环境友好等特性，并且启动迅速、达到满载时间短，是较为理想的新型动力源。

不依赖空气动力（AIP）潜艇是当今世界常规潜艇发展的主流方向，世界许多国家正在积极开发及研制燃料电池AIP潜艇，而燃料电池同动力系统之间的性能匹配是关键。

本文将燃料电池与主电机、蓄电池组等全艇动力系统结合起来，建立燃料电池及潜艇动力系统数学模型，进行理论计算和仿真研究，并研究燃料电池系统在典型工况下的使用方法。

通常燃料电池动力系统由以下几部分组成：直流推进电机，柴油发电机组，蓄电池组，燃料电池AIP系统，直流电网，螺旋桨及船体等。

假设在国外某典型柴电常规潜艇动力系统配置的基础上，加装燃料电池AIP系统。

图1所示为国际上典型的燃料电池AIP系统框图。

2.1燃料电池电堆的数学模型燃料电池电堆本体采用了在电化学基础之上的经验模型［2-3］，单电池的电压与阳极氢气压力、阴极氧气压力、电池温度以及电流密度等因素有关。

基于Matlab和DCS的半实物仿真系统平台设计开发任丽丽;陈爱军;邹玉龙【期刊名称】《化工自动化及仪表》【年(卷),期】2009(036)005【摘要】针对生产环境易燃易爆的石油化工行业,首次提出新思路开发仿真系统平台.DeltaV DCS具有很好的模块化组态及图形界面功能,Matlab/Simulink是功能强大的建模仿真工具,Honeywell PHD为丰富的应用软件及数据接口软件.充分利用三者优势,可便捷迅速的开发仿真平台.应用Matlab/Simulink建立过程动态模型,通过S函数编写PHD接口程序,经Matlab的Real-time Workshop将模型文件编译成可执行文件,与DCS实现交互.通过一常规控制试验,结果表明仿真系统三个模块的嵌入式功能非常可靠,验证了仿真平台的可行性和实用性.【总页数】4页(P92-95)【作者】任丽丽;陈爱军;邹玉龙【作者单位】兰州石化公司,自动化研究院,兰州,730060;兰州石化公司,自动化研究院,兰州,730060;兰州石化公司,自动化研究院,兰州,730060【正文语种】中文【中图分类】TP273【相关文献】1.基于半实物的S频段卫星测控仿真系统平台设计 [J], 杨永安;韩忠民;冯祖仁;李光明;张宏伟2.基于Matlab和西门子IP427的半实物风电运行控制仿真实验台设计分析 [J], 邢作霞;肖泽亮;王雅光;刘志武3.基于LabVIEW/Matlab的AUV半实物仿真系统设计 [J], 赵兴;李健;李一博4.基于Matlab的随动系统半实物仿真平台设计 [J], 隋树林;于镭;邵巍5.基于MATLAB的机械硬件半实物仿真装置控制系统设计分析 [J], 李龙因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。