[发明专利]一种多堆燃料电池发电系统的协调优化控制方法

权利要求书

1.一种多堆燃料电池发电系统的协调优化控制方法，其特征在于，包括步骤：

S100，建立由单堆燃料电池系统并联构成的多堆燃料电池发电系统拓扑结构；

S200，计算单堆燃料电池系统效率，通过单堆燃料电池系统效率随输出功率变化关系，获得多堆燃料电池发电系统效率；建立多堆燃料电池发电系统整体效率及负载功率约束关系；

S300，根据实际测试数据，绘出实际单堆燃料电池系统效率随输出功率变化曲线，通过多堆燃料电池发电系统的功率自适应分配控制方法，将负载所需功率合理分配给各个单堆燃料电池系统，以系统整体效率最优为评价指标，保证多堆燃料电池发电系统以最优的效率稳定运行；

在步骤S300中根据实际测试数据，绘出实际单堆燃料电池系统效率随输出功率变化曲线：为描述多堆燃料电池发电系统效率随输出功率变化的特性曲线，采用最小二乘多项式拟合方法对采集的单个燃料电池电堆的效率和输出功率数据进行拟合得到对应的函数，从而整合计算多堆燃料电池发电系统效率；

所述单堆燃料电池系统的效率随输出功率变化的函数如下：

f(p)＝a*e^(b*p)+c*e^(d*p)；

其中，f(p)为单堆燃料电池系统的效率随输出功率变化曲线，用上式表示各个燃料电池电堆的效率与输出功率间的关系，p为输出功率，a、b、c和d为拟合的参数；

在步骤S300中，通过对多堆燃料电池发电系统的功率自适应分配控制方法，将负载所需功率合理分配给各个电堆，以系统整体效率最优为评价指标，保证多堆燃料电池发电系统以最优的效率稳定运行：对于每个单堆燃料电池系统支路存在相同的效率随输出功率变化曲线，判断是否需要投入新的支路来供给增加的功率，即确定实时启动的电堆数目；

当采用(k+1)个单堆燃料电池系统的整体效率等于采用k个单堆燃料电池系统的整体效率时，效率相等的点对应的输出功率即为转折功率点P_tk；当负载需求功率P_load大于转折功率P_tk时，需要投入第(k+1)个单堆燃料电池系统支路；当负载需求功率P_load小于转折功率P_tk时，负载功率由前k个单堆燃料电池系统共同分担；

多堆燃料电池发电系统实时根据负载变化情况，自动判别启动燃料电池电堆的数目，并进行功率自适应分配，实现了各个电堆输出功率的有效分配，并以系统整体效率最优为评价指标，使整个多堆系统处于最优运行状态。

2.根据权利要求1所述的一种多堆燃料电池发电系统的协调优化控制方法，其特征在于，步骤S100中建立多堆燃料电池发电系统拓扑结构包括多个单堆燃料电池系统采用并联拓扑的基本结构组成，以增加燃料电池功率等级；所述单堆燃料电池系统包括燃料电池电堆和DC/DC变换器，所述燃料电池电堆级联DC/DC变换器后连接于直流母线，使得每个燃料电池电堆实现独立控制。

3.根据权利要求2所述的一种多堆燃料电池发电系统的协调优化控制方法，其特征在于，在步骤S200中计算单堆燃料电池系统效率，单堆燃料电池系统效率计算公式如下：

f(stack_n)＝η_stackn×η_E×η_fuel；

其中，f(stack_n)为第n个燃料电池电堆的效率，η_stackn为第n个燃料电池电堆的转化效率，η_E为多堆燃料电池发电系统的电效率，η_fuel为燃料利用率，燃料利用率设定为99％-100％；

电效率η_E的计算公式如下：

其中，P_n为第n个电堆的输出功率，P_aux为多堆燃料电池发电系统的辅机功率。

4.根据权利要求3所述的一种多堆燃料电池发电系统的协调优化控制方法，其特征在于，所述电效率由辅机包括空压机的燃料电池发电系统的电效率和单向DC/DC变换器的电效率。