计及燃料电池效率特性的分布式发电系统能量管理与优化控制方法技术方案

本发明专利技术提供了一种计及燃料电池效率特性的分布式发电系统能量管理与优化控制方法，包括采用寻优算法对优化模型进行遍历求解，根据结果构造功率优化分配集合，对多电堆系统中各电堆间输出功率优化分配，实现多电堆发电系统的效率优化运行，解决了现有技术中氢燃料电池成本高，发电效率低的问题。发电效率低的问题。发电效率低的问题。

【技术实现步骤摘要】
计及燃料电池效率特性的分布式发电系统能量管理与优化控制方法


[0001]本专利技术属于电力
，涉及一种计及燃料电池效率特性的分布式发电系统能量管理与优化控制方法。

技术介绍

[0002]随着人类社会的发展，石油、天然气等不可再生能源储备量迅速缩减与电能需求迅速增加间矛盾日益突出，发展清洁、高效电能生产成为一种必然趋势。氢燃料电池具有无污染、高效率等优势，是未来电能生产装置的最佳选择。但是，单堆氢燃料电池输出功率较低，无法满足大功率场景下的应用需求。目前，研究人员通常将多个单堆氢燃料电池通过串并联形式构造多堆氢燃料电池分布式发电系统，从而满足大功率场景下的应用需求。由于目前氢能成本仍然较高，提升多堆氢燃料电池发电系统效率、降低系统成本是当前亟待解决的问题。
[0003]多堆氢燃料电池分布式发电系统通常采用单堆电池功率均分或逐级分配控制方法。现有控制方法虽然可有效实现燃料电池输出功率控制，但现有控制方法并未考虑氢燃料电池、变换器、辅助设备等本体损耗与效率特性，导致多堆氢燃料电池发电系统整体效率偏低，进一步增加了系统能源损耗量与运行成本。因此，如何在考虑多堆氢燃料电池分布式发电系统中各类设备运行特性基础上，设计一种可降低多堆氢燃料系统能耗的效率能量管理与优化控制方法对未来氢燃料电池系统发展具有重要意义与借鉴价值。

技术实现思路

[0004]为实现上述目的，本专利技术提供了一种计及燃料电池效率特性的分布式发电系统能量管理与优化控制方法，解决了现有技术中氢燃料电池成本高，发电效率低的问题。
>[0005]为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是，一种计及燃料电池效率特性的分布式发电系统能量管理与优化控制方法，包括以下步骤：
[0006]S1：向控制系统中输入各电堆参数；
[0007]S2：电堆建模：根据输入的各电堆参数进行各电堆数学建模，并计算各电堆输出效率η
Fci
，其中，i＝1,2
…
n，n为各电堆序号；
[0008]S3：向控制系统输入DC/DC变换器效率参数：根据DC/DC变换器设备参数表，将DC/DC变换器的输出效率与输出功率参数输入控制系统中，并对DC/DC变换器输出效率与输出功率进行多项式拟合，得到DC/DC变换器输出效率特性曲线η
Bi
；
[0009]S4：确定多电堆燃料电池系统整体输出功率范围：计算各电堆发电效率η
Si
，得到各电堆发电效率η
Si
与输出功率P
oi
之间的关系曲线，其中各电堆输出功率P
oi
根据各电堆数学模型与电堆参数得到；并根据各电堆数学模型确定多堆燃料电池系统最大输出功率P
out_max
，得到的多堆燃料电池系统输出功率范围的正整数集合：P
out_S
＝{0,1,2
…
P
out_max
}；
[0010]S5：确定多堆燃料电池系统输出总功率P
out
与各堆最优分配功率指令P
oi*
的映射集
合；
[0011]S6：检测多堆燃料电池系统当前运行状态参数：控制系统检测多堆燃料电池系统当前的负荷功率P
load
并取整、各电堆输出电压V
FCi
、各电堆输出电流I
FCi
，令多堆燃料电池系统当前所需输出的总功率P
out
＝P
load
；
[0012]S7：输出各电堆最佳调控指令：控制系统将多堆燃料电池系统当前所需输出总功率P
out
输入步骤S5中得到的最优分配功率指令的映射集合，得到当前各电堆最优分配功率指令P
oi*
并将功率指令信号P
oi*
发送给各电堆实现电堆输出功率控制，最后返回步骤S6以开始下一轮控制。
[0013]进一步地，所述S1中各电堆参数包括单片电池参数、电堆中电池串联片数、辅助设备额定功耗；所述单片电池参数包括电池面积、膜厚度、运行温度。
[0014]进一步地，所述S2中各电堆输出效率η
Fci
根据单堆输出效率η
FC
计算得出，所述单堆输出效率η
FC
计算公式为：
[0015]η
FC
＝η
stack
×
η
E
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0016]其中，η
FC
为单堆输出效率，η
stack
为单堆燃料电池本体效率，η
E
为单堆燃料电池辅助设备效率。
[0017]进一步地，所述S3中DC/DC变换器输出效率特性曲线η
Bi
根据以下拟合公式计算后得到：
[0018]η
B
＝p1P
o6
+p2P
o5
+p3P
o4
+p4P
o3
+p5P
o2
+p6P
o
+p7ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0019]式中，p1、p2、p3、p4、p5、p6、p7为拟合参数，P
o
为DC/DC变换器输出功率，η
B
为DC/DC变换器输出效率。
[0020]进一步地，所述S4中各电堆发电效率η
Si
根据单堆系统发电效率η
S
表达式计算得出，所述单堆系统发电效率η
S
表达式为：
[0021]进一步地，所述步骤S5中，确定多堆燃料电池系统输出总功率P
out
与各堆最优分配功率指令P
oi*
的映射集合的方法为：
[0022]以多堆燃料电池系统整体效率η
out
最大为目标函数：
[0023][0024]设定多堆燃料电池系统约束条件：
[0025][0026]式中，P
oi_max
为各电堆最大输出功率；I
FCi_max
为各电堆最大输出电流；
[0027]将P
out_S
带入式(6)，对所有P
out_S
集合内的目标函数P
out
依次进行求解，得到多堆燃料电池系统输出总功率P
out
与各堆最优分配功率指令P
oi*
的映射集合：
[0028]P
out
＝{P
o1*
,P
o2*
...P
oi*
}，i＝1,2...n
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)
[0029]本专利技术的有益效果是：本专利技术所述的一种计及燃料电池效率特性的分布式本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种计及燃料电池效率特性的分布式发电系统能量管理与优化控制方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：向控制系统中输入各电堆参数；S2：电堆建模：根据输入的各电堆参数进行各电堆数学建模，并计算各电堆输出效率η
Fci
，其中，i＝1,2
…
n，n为各电堆序号；S3：向控制系统输入DC/DC变换器效率参数：根据DC/DC变换器设备参数表，将DC/DC变换器的输出效率与输出功率参数输入控制系统中，并对DC/DC变换器的输出效率与输出功率进行多项式拟合后，得到DC/DC变换器输出效率特性曲线η
Bi
；S4：确定多电堆燃料电池系统整体输出功率范围：计算各电堆发电效率η
Si
，得到各电堆发电效率η
Si
与输出功率P
oi
之间的关系曲线，其中各电堆输出功率P
oi
根据各电堆数学模型与电堆参数得到；并根据各电堆数学模型确定多堆燃料电池系统最大输出功率P
out_max
，得到的多堆燃料电池系统输出功率范围的正整数集合：P
out_S
＝{0,1,2
…
P
out_max
}；S5：确定多堆燃料电池系统输出总功率P
out
与各堆最优分配功率指令P
oi*
的映射集合；S6：检测多堆燃料电池系统当前运行状态参数：控制系统检测多堆燃料电池系统当前的负荷功率P
load
并取整、各电堆输出电压V
FCi
、各电堆输出电流I
FCi
，令多堆燃料电池系统当前所需输出的总功率P
out
＝P
load
；S7：输出各电堆最佳调控指令：控制系统将多堆燃料电池系统当前所需输出总功率P
out
输入步骤S5中得到的最优分配功率指令的映射集合，得到当前各电堆最优分配功率指令P
oi*
并将功率指令信号P
oi*
发送给各电堆实现电堆输出功率控制，最后返回步骤S6以开始下一轮控制。2.根据权利要求1所述的计及燃料电池效率特性的分布式发电系统能量管理与优化控制方法，其特征在于，所述S1中各电堆参数包括单片电池参数、电堆中电池串联片数、辅助设备额定功耗；所述单片电池参数包括电池面积、膜厚度、运行温度。3.根据权利要求1所述的计及燃料电池效率特性的分布式发电系统能量管理与优化控制方法，其特征在于，所述S2中各电堆输出效率η
Fci
根据单堆输出效率η
FC
计算得出，所述单堆输出效率η
FC
计算公式为：η
FC
＝η
stack
...

【专利技术属性】
技术研发人员：涂春鸣，王鑫，郭祺，侯玉超，肖凡，姜飞，肖泽坤，黄泽钧，兰征，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：