[發明專利]一種多堆燃料電池發電系統的協調優化控制方法

有效

• 申請號: 201810788739.1
• 申請日: 2018-07-18
• 公開（公告）號: CN108987770B
• 公開（公告）日: 2020-11-06
• 發明（設計）人: 陳維榮;朱亞男;李奇;黃文強;蘇波
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: H01M8/04992
• 分類號: H01M8/04992
• 代理公司: 成都帝鵬知識產權代理事務所(普通合伙) 51265
• 代理人: 黎照西

1.一種多堆燃料電池發電系統的協調優化控制方法，其特征在于，包括步驟：

S100，建立由單堆燃料電池系統并聯構成的多堆燃料電池發電系統拓撲結構；

S200，計算單堆燃料電池系統效率，通過單堆燃料電池系統效率隨輸出功率變化關系，獲得多堆燃料電池發電系統效率；建立多堆燃料電池發電系統整體效率及負載功率約束關系；

S300，根據實際測試數據，繪出實際單堆燃料電池系統效率隨輸出功率變化曲線，通過多堆燃料電池發電系統的功率自適應分配控制方法，將負載所需功率合理分配給各個單堆燃料電池系統，以系統整體效率最優為評價指標，保證多堆燃料電池發電系統以最優的效率穩定運行；

在步驟S300中根據實際測試數據，繪出實際單堆燃料電池系統效率隨輸出功率變化曲線：為描述多堆燃料電池發電系統效率隨輸出功率變化的特性曲線，采用最小二乘多項式擬合方法對采集的單個燃料電池電堆的效率和輸出功率數據進行擬合得到對應的函數，從而整合計算多堆燃料電池發電系統效率；

所述單堆燃料電池系統的效率隨輸出功率變化的函數如下：

f(p)＝a*e^(b*p)+c*e^(d*p)；

其中，f(p)為單堆燃料電池系統的效率隨輸出功率變化曲線，用上式表示各個燃料電池電堆的效率與輸出功率間的關系，p為輸出功率，a、b、c和d為擬合的參數；

在步驟S300中，通過對多堆燃料電池發電系統的功率自適應分配控制方法，將負載所需功率合理分配給各個電堆，以系統整體效率最優為評價指標，保證多堆燃料電池發電系統以最優的效率穩定運行：對于每個單堆燃料電池系統支路存在相同的效率隨輸出功率變化曲線，判斷是否需要投入新的支路來供給增加的功率，即確定實時啟動的電堆數目；

當采用(k+1)個單堆燃料電池系統的整體效率等于采用k個單堆燃料電池系統的整體效率時，效率相等的點對應的輸出功率即為轉折功率點P_tk；當負載需求功率P_load大于轉折功率P_tk時，需要投入第(k+1)個單堆燃料電池系統支路；當負載需求功率P_load小于轉折功率P_tk時，負載功率由前k個單堆燃料電池系統共同分擔；

多堆燃料電池發電系統實時根據負載變化情況，自動判別啟動燃料電池電堆的數目，并進行功率自適應分配，實現了各個電堆輸出功率的有效分配，并以系統整體效率最優為評價指標，使整個多堆系統處于最優運行狀態。

2.根據權利要求1所述的一種多堆燃料電池發電系統的協調優化控制方法，其特征在于，步驟S100中建立多堆燃料電池發電系統拓撲結構包括多個單堆燃料電池系統采用并聯拓撲的基本結構組成，以增加燃料電池功率等級；所述單堆燃料電池系統包括燃料電池電堆和DC/DC變換器，所述燃料電池電堆級聯DC/DC變換器后連接于直流母線，使得每個燃料電池電堆實現獨立控制。

3.根據權利要求2所述的一種多堆燃料電池發電系統的協調優化控制方法，其特征在于，在步驟S200中計算單堆燃料電池系統效率，單堆燃料電池系統效率計算公式如下：

f(stack_n)＝η_stackn×η_E×η_fuel；

其中，f(stack_n)為第n個燃料電池電堆的效率，η_stackn為第n個燃料電池電堆的轉化效率，η_E為多堆燃料電池發電系統的電效率，η_fuel為燃料利用率，燃料利用率設定為99％-100％；

電效率η_E的計算公式如下：

其中，P_n為第n個電堆的輸出功率，P_aux為多堆燃料電池發電系統的輔機功率。

4.根據權利要求3所述的一種多堆燃料電池發電系統的協調優化控制方法，其特征在于，所述電效率由輔機包括空壓機的燃料電池發電系統的電效率和單向DC/DC變換器的電效率。