[发明专利]固体氧化物燃料电池系统功率跟踪过程热电协同控制方法

摘要

本发明公开了一种固体氧化物燃料电池系统功率跟踪过程中热电协同控制方法，属于燃料电池领域。本发明包括：基于最优操作点的温度约束前馈控制方法、基于模型预测控制的功率跟踪反馈控制方法。本发明中基于最优操作点的前馈控制能够及时地抑制由功率切换过程导致的温度波动，并将温度约束在安全操作范围内；基于模型预测控制的反馈控制能够使系统完成功率跟踪的同时保持系统高效率。本发明将二者相结合，实现了固体氧化物燃料电池系统在功率跟踪过程中的热电协同控制，使系统在快速功率跟踪过程中维持在安全操作范围内，为固体氧化物燃料电池系统高性能与长寿命打下了坚实的基础。

主权项

1.一种固体氧化物燃料电池系统在功率跟踪过程中热电协同控制的方法，其特征在于，所述方法包括：步骤1：基于最优操作点的温度约束前馈控制：以目标功率为输入，输出电池电压、旁路阀开度作为控制量，输出空气参考流量、燃料流量初值作为基于模型预测控制算法的功率跟踪反馈控制模块的输入；步骤2：基于模型预测控制算法的功率跟踪反馈控制：该模块以目标功率、系统实时功率、其它系统输入以及来自步骤1中前馈控制模块的燃料流量初值、空气流量参考值作为输入，输出空气参考流量作为空气流量控制量，参照空气参考流量计算得出燃料流量作为另一个控制量，其中计算步骤包括获得预测模型、滚动优化以及反馈校正；所述步骤1具体包括下述子步骤：(1.1)获得不同输出功率下的最优操作点并列成最优操作点查找表，其中，不同输出功率是指以1kW为下限、5kW为上限的功率点组，最优操作点包括电池电压、旁路阀开度、空气流量、燃料流量四个分量；(1.2)根据输入的目标功率在(1.1)所得的最优操作点查找表中寻找与目标功率相对应的最优操作点，如果目标功率在查找表中，那么执行步骤(1.3)；如果目标功率不在查找表中，那么找出它所在的最小功率区间，然后进行如下计算：上限功率加权＝(目标功率‑下限功率)/(上限功率‑下限功率)，下线功率加权＝1‑上限功率加权，目标功率对应的最优操作点＝上限功率对应的最优操作点*上限加权+下限功率对应的最优操作点*下限加权；之后执行步骤(1.3)；(1.3)输出电池电压、旁路阀开度两个分量作为控制量，并向功率跟踪反馈控制模块输出空气参考流量、燃料流量初值，其中，空气参考流量为所查到最优操作点中的空气流量分量，燃料流量初值为燃料流量分量的一半。