[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有效

专利信息
申请号: 201810788739.1 申请日: 2018-07-18
公开(公告)号: CN108987770B 公开(公告)日: 2020-11-06
发明(设计)人: 陈维荣;朱亚男;李奇;黄文强;苏波 申请(专利权)人: 西南交通大学
主分类号: H01M8/04992 分类号: H01M8/04992
代理公司: 成都帝鹏知识产权代理事务所(普通合伙) 51265 代理人: 黎照西
地址: 610000*** 国省代码: 四川;51
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摘要:
搜索关键词: 一种 燃料电池 发电 系统 协调 优化 控制 方法
【说明书】:

发明公开一种多堆燃料电池发电系统的协调优化控制方法,建立多堆燃料电池系统拓扑结构,然后理论计算单堆燃料电池系统效率,通过单堆系统效率随输出功率变化关系,分析多堆并联拓扑结构下的整体系统效率,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;再根据实际测试数据,绘出实际单堆系统效率随输出功率变化曲线,通过对多堆燃料电池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,保证多堆燃料电池系统以最优的效率稳定运行。

技术领域

本发明属于燃料电池技术领域,特别是涉及一种多堆燃料电池发电系统的协调优化控制方法。

背景技术

当今能源问题日益严重,传统的化石能源逐渐减少甚至枯竭,燃料电池作为分布式电源的重要组成部分,以其启动速度快、反应产物友好、运行温度低、噪音小等优点受到广泛青睐。燃料电池发电系统在分布式发电、轨道交通、机动车辆及移动设备等领域均有较为广泛的应用,是一种极具吸引力的发电装置。

大功率交通车辆如现代有轨电车、动车组等具有安全、可靠、环保等优点,作为中低运量的运输方式被广泛使用,将燃料电池发电系统应用于大功率车辆是一种新的突破。燃料电池车辆以氢气为燃料进行发电,仅在车辆段设置制氢储氢装置便可持续提供动力来源,实现全程无网运行。并且其具有洁净、无污染、路况环境简单等优点,因而成为近几年的研究热点。将燃料电池应用于大功率交通车辆是一种新型的运行方式,具有极大的发展潜力。

然而,由于燃料电池单体功率等级不高,难以满足大功率车辆实时功率需求,并且其耐久性不足、成本相对较高等缺点不容忽视,因此在交通运输领域大规模使用燃料电池发电系统受到限制。当燃料电池发电系统以多堆协同运行的方式投运时,其系统功率等级、整体效率能够得到较大提升。此外,并联组成的多堆燃料电池发电系统能够有效地增加燃料电池发电系统的冗余,提高系统工作的稳定性、可靠性。

但是,传统功率分配策略,平均分配策略在低功率区间系统的效率较低,功率较低时启动全部电堆系统成本较高,该策略的最低输出功率为所有子系统最低输出功率之和即4Pmin,其针对低功率区间有明显缺陷;逐级分配策略可以实现系统更宽功率范围输出,在低功率输出时可明显提高系统效率,但仅仅在第一个燃料电池单体处达到最大效率,随着功率等级的增加,整体系统效率急剧降低。目前国内外对于多堆燃料电池发电系统的研究相对较少,其一致性协调优化控制没有得到有效的解决,无法实现多堆燃料电池发电系统效率稳定运行。

发明内容

为了解决上述问题,本发明提出了一种多堆燃料电池发电系统的协调优化控制方法,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,保证多堆燃料电池发电系统以最优的效率稳定运行,保证了大功率车辆用多堆燃料电池发电系统的高效、平稳运行。

为达到上述目的,本发明采用的技术方案是:一种多堆燃料电池发电系统的协调优化控制方法,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。

进一步的是,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。

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