安全操控下5 kW固体氧化物燃料电池电堆预测控制器设计
张琳1
汪枫2
谢超2
唐文辉2
方群乐2
谢洪途3
1.中国人民解放军空军预警学院预警技术系,湖北武汉430019;武汉科技大学冶金自动化与检测技术教育部工程研究中心,湖北武汉4300812.中国人民解放军空军预警学院预警技术系,湖北武汉4300193.中山大学电子信息学院,广东广州510275
摘要：基于5 kW固体氧化物燃料电池(SOFC)电堆,考虑建模仿真—2温度层模型在模型精度与复杂度上做了更好的折中,可以更有效地应用于控制器设计.本文首先对2温度层模型在常用稳态工作点附近采用泰勒级数展开,获得其状态空间方程.然后考虑其安全操作特性,设计了两种带约束的预测控制器:即面向SOFC电堆的快速负载跟踪与燃料亏空控制器与面向SOFC电堆温度安全的控制器.重点分析了不同切换速率工况下的温度及其梯度、功率以及燃料亏空特性,使得系统在快速进行功率跟踪的同时工作在安全范围以内.结果发现随着电流调节速率的增大,跟踪过程虽然加快,但其存在安全风险也相应增大;此外,安全指标相对避免燃料亏空指标而言,对电流调节速率的要求更加苛刻,在控制器设计时必须综合进行考虑.
关键词：SOFC电堆建模仿真状态空间方程安全操作预测控制器
资助基金：国家自然科学基金(61801510)湖北省自然科学基金青年项目(2019CFB263)冶金自动化与检测技术教育部工程研究中心开放基金项目(MADT0F2019B02)
论文发表日期：2021-08-28
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：9( 1238-1246 )
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