[发明专利]一种防止固体氧化物燃料电池燃料利用率超限的控制方法

说明书

技术领域

本发明属于热工自动控制技术领域，具体涉及一种固体氧化物燃料电池输出电压的控制方法。 

背景技术

在固体氧化物燃料电池(SOFC)系统的实际运行中，通过调节进入系统燃料量来消除各项扰动对系统定电压输出的影响时，出于系统安全的考虑，需要限制系统燃料利用率的变化范围。然而普通的PID控制系统在消除扰动对电压输出的影响同时，往往容易造成系统燃料利用率的超限，且其算法本身在控制过程中没用考虑对燃料利用率的影响，这给固体氧化物燃料电池的实际运行带来了安全隐患。 

发明内容

发明目的：针对上述现有技术，提出一种防止固体氧化物燃料电池燃料利用率超限的控制方法，解决固体氧化物燃料电池电压控制过程中燃料利用率容易超限的问题。 

技术方案：一种防止固体氧化物燃料电池燃料利用率超限的控制方法，该方法基于PID控制，包括以下步骤： 

步骤1)，在固体氧化物燃料电池系统最小负荷工况下，使用工程整定方法整定得到固体氧化物燃料电池系统对应控制系统中PID控制器的参数：kp，Ti，Td；其中，kp为比例系数，Ti为积分时间，Td为微分时间； 

步骤2)，固体氧化物燃料电池控制系统实时在线纪录(k-1)时刻固体氧化物燃料电池系统的控制量u(k-1)，以及(k-1)时刻和(k-2)时刻PID控制器的修正偏差量e^*(k-1)和e^*(k-2)；并将当前k时刻的负荷电流值I(k)，以及固体氧化物燃料电池系统输出电压值V_dc与控制系统电压设定值V_r的差值e(k)输入PID控制器； 

步骤3)，根据固体氧化物燃料电池系统燃料利用率的限制，在线实时计算 固体氧化物燃料电池系统控制量的上限约束u_max和下限约束u_min：其中，K_r为常数，其取值为0.000995，v_max，v_min分别为燃料利用率的约束上限和下限，I(k)为固体氧化物燃料电池系统k时刻的负荷电流值； 

步骤4)，计算k时刻PID控制器的中间控制量u^*(k)： 

u^*(k)＝u(k-1)+K_p[e(k)-e^*(k-1)]+K_Ie(k)+K_D[e(k)-2e^*(k-1)+e^*(k-2)]，其中，K_p＝kp，K_I＝kp·T/Ti，K_D＝kp·Td/T，T为控制系统采样周期； 

步骤5)，根据所述步骤3)中的固体氧化物燃料电池系统控制量上限约束u_max和下限约束u_min，以及所述步骤4)中得到的k时刻PID控制器的中间控制量u^*(k)计算得到PID控制器k时刻的修正偏差量e^*(k)：