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

作     者：张琳 汪枫 谢超 唐文辉 方群乐 谢洪途 ZHANG Lin;WANG Feng;XIE Chao;TANG Wen-hui;FANG Qun-le;XIE Hong-tu

作者机构：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430081 中山大学电子信息学院广东广州510275 

基　　金：国家自然科学基金项目(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2019年度开放基金项目(MADT0F2019B02)资助 

出 版 物：《控制理论与应用》 (Control Theory & Applications)

年 卷 期：2021年第38卷第8期

页      码：1238-1246页

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.

主 题 词：SOFC电堆 建模仿真 状态空间方程 安全操作 预测控制器 

学科分类：0808[工学-自动化类] 0809[工学-计算机类] 08[工学] 0802[工学-机械学] 0835[0835] 080201[080201] 

核心收录：

D　O　I：10.7641/CTA.2020.00328

馆 藏 号：203104932...