[发明专利]固体氧化物燃料电池输出电压的控制方法

摘要

本发明公开一种固体氧化物燃料电池输出电压的前馈-反馈控制方法，前馈控制采用比例(P)调节器，其参数按燃料电池在额定负荷下的特性整定；反馈控制采用比例积分(PI)调节器，其参数根据燃料电池在最小负荷下的特性，并考虑燃料利用率变化范围的限制，采用多目标优化方法整定。本发明充分考虑了固体氧化物燃料电池电压过程的非线性特性，以及控制过程中对燃料利用变化范围的限制，采用多目标优化策略，对固体氧化物燃料电池输出电压的反馈比例积分(PI)调节器参数进行优化整定，能保证在系统具有足够稳定性，且燃料利用率合理的前提下，使固体氧化物燃料电池的电压具有较快的响应速度。

主权项

一种固体氧化物燃料电池输出电压的控制方法，其特征在于包括如下步骤：(1)采用基于阶跃响应的模型辨识方法，分别获得固体氧化物燃料电池的燃料量‑输出电压、负荷电流‑输出电压之间的动态数学模型Go(s)和Gr(s)；(2)将步骤(1)获得的两个数学模型与一个比例积分调节器和一个比例调节器连接，构成一个燃料电池输出电压前馈‑反馈控制系统；其中所述比例积分调节器作为闭环反馈调节器，输入为燃料电池输出电压的设定值与测量值之差，输出为进入燃料电池的燃料量；所述比例调节器作为前馈调节器，其输入为扰动电流，输出为进入燃料电池的燃料量；(3)整定前馈调节器参数K；(4)确定用于比例积分调节器参数优化整定的优化目标：在最低负荷工况下，负荷电流I阶跃增加10％时，输出电压的最大动态偏差Vmax最小，输出电压的衰减率ψV最大；(5)将比例积分调节器的比例系数KP，积分时间常数Ti作为整定参数，通过步骤(2)构成的前馈‑反馈控制系统仿真，采用非支配快速排序遗传算法不断搜索KP，Ti作为调节器参数值，使得系统输出能够满足步骤(4)确定的优化目标；通过遗传算法搜索获得的符合优化目标的多组调节器参数构成参数整定优化解集M；(6)根据固体氧化物燃料电池电压调节性能的要求，在优化解集M中进行偏好决策，在决策过程中获得最优的比例积分调节器参数；(7)将步骤(6)中偏好决策过程获得的最优的比例积分调节器参数，作为最终的比例积分调节器的参数，与步骤(3)获得的前馈调节器参数K，一起作为固体氧化物燃料电池输出电压前馈‑反馈控制系统的调节器参数，从而对电压进行控制。