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

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...

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Published in控制理论与应用 Vol. 38; no. 8; pp. 1238 - 1246
Main Authors 张琳, 汪枫, 谢超, 唐文辉, 方群乐, 谢洪途
Format Journal Article
LanguageChinese
Published 中国人民解放军空军预警学院预警技术系,湖北武汉430019 01.08.2021
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430081%中国人民解放军空军预警学院预警技术系,湖北武汉430019%中山大学电子信息学院,广东广州510275
Subjects
SOFC电堆;建模仿真;状态空间方程;安全操作;预测控制器
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ISSN1000-8152
DOI10.7641/CTA.2020.00328

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Summary: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.
ISSN:1000-8152
DOI:10.7641/CTA.2020.00328