一种固体氧化物燃料电池系统控制方法与流程

本发明涉及燃料电池，尤其是涉及一种固体氧化物燃料电池系统控制方法。

背景技术：

1、固体氧化物燃料电池(sofc)系统是一个非线性、多变量、强耦合的复杂系统。目前，国内外学者对sofc系统进行控制时，大多使用机理模型的方法进行控制。基于质量守恒、能量守恒、摩尔分数守恒等采用模块化的方法建立电堆及其它bop部件的物理模型，根据物理模型对sofc系统进行控制。由于系统耦合因素过多，实现控制要综合各个因素考虑。

2、现有控制技术大多集中在电堆层面，在系统级控制层面，各方面综合考虑存在欠缺；现有研究多以模型为主，欠缺实验的验证，且燃料电池建模复杂，机理模型存在模型合理性欠缺、模型多变量耦合关系考虑不足等缺点。

技术实现思路

1、为解决上述背景技术中提出的问题，本发明采取的技术方案为：

2、一种固体氧化物燃料电池系统控制方法，包括如下步骤：

3、s1、面向sofc实物系统，进行全工况下的放电实验；

4、s2、采集实验数据；

5、s3、基于步骤s2中采集的实验数据，搭建sofc系统模型；

6、s4、利用步骤s3中搭建的sofc系统模型进行稳压控制。

7、进一步地，在步骤s1中，进行实验时，实验装置包括sofc实物系统、控制系统、电子负载和labview界面；

8、所述sofc实物系统包括bop辅助子系统和电堆，所述bop辅助子系统用于保持电堆的工作温度在预设范围内，并向电堆提供空气和燃料；

9、所述电堆用于在接收空气和燃料后产生电力，所述电子负载用于消耗电堆产生的电力；

10、所述控制系统包括plc以及pc，在pc端发出命令之后，plc用于接收来自labview界面的命令，并接收由安装在辅助子系统和电子负载中的传感器获得的信号，plc还用于发送控制信号；

11、实验时，在pc上通过组态软件对整个实验过程状态进行实时监控，采集的数据来自多个工况阶段，包括热待机阶段、启停阶段和稳定放电阶段。

12、进一步地，在步骤s1中，进行实验时，实现过程包括以下步骤：

13、s11、在实验开始进行之前，备好充足的天然气、氮气、去离子水和冷却水，检查sofc实物系统各处安装的传感器是否读数正确，接下来检测系统管路连接处是否具有良好的气密性，保证系统设备的通信良好以及各种气体压力表盘的气密性；

14、s12、在实验运行过程中，定时检查原料的供应是否充足以及系统是否发生故障现象；

15、s13、实验结束之后，先关闭外部负载，再通入氮气来保护电堆，然后减少阴极空气流量使得系统逐步降温，等到系统的温度降至环境温度后，最后切断电源。

16、进一步地，在步骤s2中，具体包括如下步骤：

17、s21、借助传感器完成数据收集；

18、s22、对收集到的数据进行预处理；

19、s23、从预处理后的数据中进行特征提取，挑选出用于搭建sofc系统的变量。

20、进一步地，在步骤s23中，经过特征提取后，挑选出以下变量：重整甲烷流量、供热甲烷流量、重整空气流量、供热空气流量、旁路空气流量、去离子水流量、电流、电压、电堆温度以及尾气燃烧室的温度。

21、进一步地，在步骤s3中，搭建sofc系统模型时，以重整甲烷流量、供热甲烷流量、重整空气流量、供热空气流量、旁路空气流量、去离子水流量以及电流做为模型的输入，电压、电堆温度以及尾气燃烧室的温度做为模型的输出，构建基于数据驱动的sofc系统的黑盒模型。

22、进一步地，在步骤s4中，利用步骤s3中搭建的sofc系统数据模型作为控制对象，电流作为干扰项进行考虑，并对比期望稳压值与反馈的输出电压值，通过调节重整甲烷流量以将输出电压值稳定在期望稳压值的预设范围内。

23、进一步地，在步骤s4中，进行稳压控制的同时，还监测电堆温度与尾气燃烧室温度，并通过温度控制模块将温度控制在预设的安全范围内。

24、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

25、本发明提供的固体氧化物燃料电池系统控制方法，面向sofc实物系统，设计了全工况(含待机、启停和稳定放电阶段)下的放电实验方案，根据获得的实验中的过程数据，建立了能更加准确反映sofc输入输出性能的模型，能有效控制sofc的输出电压稳定，为sofc系统在实际生活中的应用奠定基础。

技术特征：

1.一种固体氧化物燃料电池系统控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池系统控制方法，其特征在于，在步骤s1中，进行实验时，实验装置包括sofc实物系统、控制系统、电子负载和labview界面；

3.根据权利要求2所述的固体氧化物燃料电池系统控制方法，其特征在于，在步骤s1中，进行实验时，实现过程包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的固体氧化物燃料电池系统控制方法，其特征在于，在步骤s2中，具体包括如下步骤：

5.根据权利要求4所述的固体氧化物燃料电池系统控制方法，其特征在于，在步骤s23中，经过特征提取后，挑选出以下变量：重整甲烷流量、供热甲烷流量、重整空气流量、供热空气流量、旁路空气流量、去离子水流量、电流、电压、电堆温度以及尾气燃烧室的温度。

6.根据权利要求5所述的固体氧化物燃料电池系统控制方法，其特征在于，在步骤s3中，搭建sofc系统模型时，以重整甲烷流量、供热甲烷流量、重整空气流量、供热空气流量、旁路空气流量、去离子水流量以及电流做为模型的输入，电压、电堆温度以及尾气燃烧室的温度做为模型的输出，构建基于数据驱动的sofc系统的黑盒模型。

7.根据权利要求6所述的固体氧化物燃料电池系统控制方法，其特征在于，在步骤s4中，利用步骤s3中搭建的sofc系统数据模型作为控制对象，电流作为干扰项进行考虑，并对比期望稳压值与反馈的输出电压值，通过调节重整甲烷流量以将输出电压值稳定在期望稳压值的预设范围内。

8.根据权利要求7所述的固体氧化物燃料电池系统控制方法，其特征在于，在步骤s4中，进行稳压控制的同时，还监测电堆温度与尾气燃烧室温度，并通过温度控制模块将温度控制在预设的安全范围内。

技术总结本发明公开了一种固体氧化物燃料电池系统控制方法，包括如下步骤：S1、面向SOFC实物系统，进行全工况下的放电实验；S2、采集实验数据；S3、基于步骤S2中采集的实验数据，搭建SOFC系统模型；S4、利用步骤S3中搭建的SOFC系统模型进行稳压控制。本发明提供的固体氧化物燃料电池系统控制方法，面向SOFC实物系统，设计了全工况(含待机、启停和稳定放电阶段)下的放电实验方案，根据获得的实验中的过程数据，建立了能更加准确反映SOFC输入输出性能的模型，能有效控制SOFC的输出电压稳定，为SOFC系统在实际生活中的应用奠定基础。技术研发人员：李曦,吴晗,许元武,向芸受保护的技术使用者：武汉华夏智能技术有限公司技术研发日：技术公布日：2024/8/1