一种甲醇重整燃料电池发电系统变动负载工况下的控制系统技术方案

本发明专利技术公开一种甲醇重整燃料电池发电系统变动负载工况下的控制系统，所述甲醇重整燃料电池系统变动用户需求功率控制系统包括燃料供给模块、甲醇重整模块、燃料电池模块、储能模块、控制模块，本发明专利技术根据甲醇重整燃料电池系统特点进行分阶段控制，对用户需求功率、储能模块剩余容量进行区域化处理，将甲醇重整燃料电池系统输出功率根据用户需求功率区域、储能模块剩余容量区域进行差别、迟滞调整。本发明专利技术能够使甲醇重整燃料电池系统快速恢复并长期保持较佳状态，弥补甲醇重整燃料电池系统响应慢的缺点，规避变动用户需求功率对甲醇重整燃料电池系统的冲击，满足用户全域变动用户需求功率和间断用电需求，又能保证整个发电系统高效、平稳运行。平稳运行。平稳运行。

【技术实现步骤摘要】
一种甲醇重整燃料电池发电系统变动负载工况下的控制系统


[0001]本专利技术涉及燃料电池
，特别涉及一种甲醇重整燃料电池发电系统变动负载工况下的控制系统。

技术介绍

[0002]甲醇重整燃料电池是一种以甲醇重整反应生成的富氢气体作为燃料的燃料电池系统，由甲醇重整模块与质子交换膜燃料电池电堆组成，该架构利用了氢质子膜燃料电池电堆的高功率密度、高能效特点；同时，采用甲醇作为燃料电池输入能源，氢气即产即用，避免了氢气储存过程中的高压危险、运输过程中的效率低下及使用成本高等问题。甲醇水蒸气重整反应是一个吸热反应，所以需要外部提供热源，以维持重整吸热以及原料预热所需的能量，为了提高系统效率，通常使用燃料电池未利用的氢气通过回烧利用方式给甲醇重整系统供热,燃烧尾气和燃料电池高温废气通常以给原料预热的方式进行回收热量，所以其是一个多热质传输的系统，但传热传质是一个相对缓慢的过程，系统输出功率调节也是缓慢的，所以燃料电池输出频繁变化会影响甲醇重整燃料电池系统运行的稳定性。
[0003]甲醇重整模块通常工作温度在250℃，高温质子膜燃料电池堆的工作温度也在140
‑
180℃左右，系统冷启动通常需要30min以上，通常要搭配一定容量的储能模块在系统启动期间给用户需求功率供电，同时提供系统启动同电。在很多移动用电场合，例如房车、移动设备检测车、军用指挥车辆，受用户使用习惯、环境和空调的影响其用户需求功率通常是变化的，用电也是间断的；为了减小体积重量，甲醇燃料电池系统内部配备的储能模块容量有限，需要储能模块一直保持较佳的剩余容量，以备下次启动用。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种甲醇重整燃料电池发电系统变动负载工况下的控制系统。本专利技术能够使甲醇重整燃料电池系统快速恢复并长期保持较佳状态，弥补甲醇重整燃料电池系统响应慢的缺点，规避变动用户需求功率对甲醇重整燃料电池系统的冲击，满足用户全域变动用户需求功率和间断用电需求，又能保证整个发电系统高效、平稳运行；特别在作为孤岛型发电系统使用，或者无基础电力的移动式用电场合，需要让系统始终维持较佳状态。
[0005]为了达成上述目的，本专利技术的解决方案是：一种甲醇重整燃料电池发电系统变动负载工况下的控制系统，包括燃料供给模块、甲醇重整模块、燃料电池模块及储能模块及控制模块；
[0006]所述控制模块与燃料供给模块、燃料电池模块、储能模块通信连接；
[0007]所述控制模块以储能模块输出功率P
B
、燃料电池输出功率Pmfc之和作为需求功率Pr和/或储能模块剩余容量数值SOC以实现对燃料供给模块、燃料电池模块分别进行控制，控制步骤如下：
[0008]1)对需求功率值进行功率区域化处理，形成需求功率区域变量Ui；
[0009]2)根据储能模块剩余容量数值进行剩余容量区域化处理，形成剩余容量区域变量Cj；
[0010]3)当功率区域变量Ui和/或剩余容量区域变量Cj变化时，根据相应的需求功率区域值与和/或剩余容量区域值与f(Ui，Cj)规则数据库进行比对得出对应燃料电池输出功率；
[0011]迟滞预定时间后，再对燃料电池DCDC的输出进行调整，同时调节燃料供给模块中甲醇水的进液量、空气流量。
[0012]采用以上方法后，本专利技术的一种甲醇重整燃料电池发电系统变动负载工况下的控制系统，与现有技术相比，具有以下优点：通过对需求功率进行区域化处理，能够有效规避用电设备小范围功率波动对甲醇重整燃料电池系统的影响，同时又能在一定程度上响应用户需求功率变化，及时调整甲醇重整燃料电池系统的输出功率；对储能模块剩余容量进行区域化处理，能够有效减少甲醇重整燃料电池调整频率，减少系统内部温度和流量的波动性，让发电系统能够高效、平稳运行，同时又能让储能模块维持在较佳状态；采用燃料电池输出迟滞性调整方法能够有效过滤部分用电设备短时通断对甲醇重整燃料电池系统的干扰。
[0013]作为本专利技术的一种改进，将用户需求功率区域化处理为至少5个，将剩余容量区域化处理为至少5个。通过上述改进，分别设置多组用户需求功率区域以及剩余容量区域，并通过与f(Ui，Cj)模糊规则数据库进行比对得出对应燃料电池输出功率，多组区域的划分，能够提升系统的适用性以及功能性。
[0014]作为本专利技术的一种改进，将所述功率区域变量Ui分为n个子集Ui，i＝1
……
n，将所述剩余容量区域变量Cj分为n个模子集Cj，j＝1
……
n，任一对组合(Ui，Cj)推理得到控制模块的信号的模糊子集Pmfc，m＝1
……
n，从而形成模糊推理规则((Ui，Cj)
‑‑
Pmfc)。
[0015]作为本专利技术的一种改进，所述需求功率区域变量为Ui，U＝{U1,U2,
……
,Un
‑
1,Un}其中U1为[0～0.3Pmax]，U1为非灵敏区,U2～Un；且U1的分段区域范围最大；
[0016]所述剩余容量区域变量Cj，C＝{C1,C2,
……
,Cn
‑
1,Cn}，其中C1为[0～0.7Pmax],C1为风险区,C2～Cn
‑
1为正常区，Cn为[0.9
‑
1Pmax]；Cn为警戒区；
[0017]其中，系统的最大输出功率为Pmax。将需求功率区域变量以及剩余容量区域变量分别设置为多组，
[0018]作为本专利技术的一种改进，当Ui不变，Cj变化时，所述迟滞时间为0；当Ui变化，Cj不变时，所述迟滞时间为1.5
‑
3分钟。采用区分迟滞调整方案，可以使系统及时响应用户需求功率变化，及时调整甲醇重整燃料电池系统的输出功率，同时能够有效过滤部分用电设备短时通断对甲醇重整燃料电池系统的干扰，又能保持储能电池的较佳荷电状态。
[0019]作为本专利技术的一种改进，功率调整速率为0.005Pmax/s
‑
0.01Pmax/s，步进级调整功率方法能够使燃料电池输出功率平稳上升，平稳下降，保证系统的稳定性。不会因为甲醇重整产生的氢气急剧消耗导致燃料电池极化损伤，回烧氢气量不足导致甲醇重整温度不够；同时也不会因为甲醇重整产生的氢气急剧过剩，导致回烧的氢气急剧增加而引起甲醇重整温度过高，进而增加尾气中CO的含量，毒化燃料电池的电极。
[0020]作为本专利技术的一种改进，所述甲醇重整模块与燃料电池模块连接，为燃料电池提供氢气，同时燃料电池未利用的氢气进入甲醇重整模块进行燃烧，能够有效提高燃料电池
系统的系统效率，同时避免有害或者可燃气体的排放。
[0021]作为本专利技术的一种改进，所述控制模块采集储能模块剩余容量、电流、电压、功率等数据，采集燃料供给模块中甲醇水的进液量、空气流量并进行调节，采集燃料电池模块的参数并控制DCDC的调节。
[0022]作为本专利技术的一种改进，甲醇重整燃料电池降低输出功率步骤为a：接本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种甲醇重整燃料电池发电系统变动负载工况下的控制系统，其特征在于，包括燃料供给模块、甲醇重整模块、燃料电池模块、储能模块及控制模块；所述控制模块与燃料供给模块、燃料电池模块、储能模块通信连接；所述控制模块以储能模块输出功率PB、燃料电池输出功率Pmfc之和作为需求功率Pr和/或储能模块剩余容量数值SOC以实现对燃料供给模块、燃料电池模块分别进行控制，控制步骤如下：1)对需求功率值进行功率区域化处理，形成需求功率区域变量Ui；2)根据储能模块剩余容量数值进行剩余容量区域化处理，形成剩余容量区域变量Cj；3)当功率区域变量Ui和/或剩余容量区域变量Cj变化时，根据相应的需求功率区域值与和/或剩余容量区域值与f(Ui，Cj)规则数据库进行比对得出对应燃料电池输出功率；4)迟滞预定时间后，再对燃料电池DCDC的输出进行调整，同时调节燃料供给模块中甲醇水的进液量、空气流量。2.根据权利要求1所述的一种甲醇重整燃料电池发电系统变动负载工况下的控制系统，其特征在于，将用户需求功率区域化处理为至少5个，将剩余容量区域化处理为至少4个。3.根据权利要求2所述的一种甲醇重整燃料电池发电系统变动负载工况下的控制系统，其特征在于，将所述功率区域变量Ui分为n个子集Ui，i＝1
……
n，将所述剩余容量区域变量Cj分为n个模子集Cj，j＝1
……
n，任一对组合(Ui，Cj)推理得到控制模块的信号的模糊子集Pmfcx，x＝1
……
n，从而形成模糊推理规则((Ui，Cj)
‑‑
Pmfcx)。4.根据权利要求3所述的一种甲醇重整燃料电池发电系统变动负载工况下的控制系统，其特征在于，所述需求功率区域变量为Ui，U＝{U1,U2,
……
,Un
‑
1,Un}其中U1为[0～0.3Pmax],U1为非灵敏区,U2～Un为高效区；所述剩余容量区域变量Cj，C＝{C1,...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵青，张宸，王勤，吴荣生，
申请(专利权)人：宁波申江科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：