一种多堆燃料电池系统效率优化的分布式控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种多堆燃料电池系统效率优化的分布式控制方法，是考虑到各燃料电池电堆性能不同引起的效率特性的差异，多堆燃料电池系统的各单堆电池先通过辨识得到自身电堆的效率/功率曲线，设定单堆电池的增量氢耗作为一致性变量，采用一致性算法，通过分布式通信拓扑实现相邻燃料电池之间的信息交互迭代达到增量氢耗值一致，求得对应各电堆的输出功率，并设计了单堆燃料电池控制层中电堆控制和DC/DC控制参考功率的不同给定方式。本发明专利技术能实现在各单堆系统电堆性能不一致时，多堆燃料电池系统能实现最优效率运行，以避免对集中控制器的依赖以及因氧饥饿对电堆性能造成的损害，从而能提高多堆系统运行的高效性、耐久性。耐久性。耐久性。

【技术实现步骤摘要】
一种多堆燃料电池系统效率优化的分布式控制方法


[0001]本专利技术属于新能源利用领域，涉及一种基于一致性算法的MFCS效率优化功率分配方法。

技术介绍

[0002]质子交换膜燃料电池(Proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)是一种通过氢气和氧气发生电化学反应产生电能的能量转换装置，具有功率密度大、转化效率高、噪声低的特点。由于单堆燃料电池输出功率有限、可靠性不高，目前通常通过串并联多个单体PEMFC形成多堆燃料电池系统(Multi
‑
stack fuel cell system，MFCS)来提高系统整体的功率等级，具有串联、并联等多样化的拓扑结构，多堆协同运行的方式提高了系统的稳定性和耐久性。
[0003]在氢能开发成本大和应用规模有限的背景下，提高系统效率，减少整体氢耗对于燃料电池的推广应用有重要意义。对于各单体PEMFC功率等级或性能存在差异的多堆燃料电池系统,如何分配各单堆电池的输出功率，使得多堆系统以高效率运行状态参与多态能源系统协调运行是目前需要重点研究的问题。传统本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多堆燃料电池系统效率优化的分布式控制方法，是应用于多堆燃料电池系统中，所述多堆燃料电池系统中包含n个单堆燃料电池系统，任意第j个单堆燃料电池系统包括：第j个电堆、第j个DC/DC变流器、第j个DC/DC控制器、第j个电堆控制器；其特征在于，所述分布式控制方法是按照以下步骤进行：步骤1：第j个电堆控制器采集自身电堆的电压v
fc,j
、电流i
fc,j
、辅助系统功率Paux,j，从而利用式(1)得到当前第j个电堆输出功率所对应的单堆燃料电池效率η
fcs,j
：式(1)中，P
fc,j
表示第j个电堆的输出功率，N为电堆单体数目，η
s,j
表示第j个电堆的热效率，η
e,j
表示第j个电堆的电效率，η
f,j
表示第j个电堆的燃料利用率；E与PEMFC反应热有关的系数；j＝1，2，3,
…
,n；n为电堆总数；P
aux,j
表示PEMFC系统中第j个电堆的辅助设备消耗功率；通过最小二乘法辨识基于多堆燃料电池中各电堆输出功率与效率之间的拟合关系，从而利用式(2)得到第j个电堆表征曲线特性的拟合函数：η
fcs,j
＝a0+a1P
fc,j
+a2(P
fc,j
)2+a3(P
fc,j
)3+a4(P
fc,j
)4+a5(P
fc,j
)5+a6(P
fc,j
)6ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)式(2)中，a0，a1，a2，a3，a4，a5，a6是待辨识的系数；步骤2：从多堆燃料电池中选择一个电堆作为主导节点，记为第main个电堆；除主导节点之外其他n
‑
1个电堆均为自治节点；步骤2.1：定义当前更新次数为k，并初始化k＝1；将主导节点的输出功率P
fc,main
作为第k
‑
1次更新的主导节点的初始输出功率P
k
‑
1,main
；将任意第v个自治节点的输出功率P
fc,v
作为第k
‑
1次更新的主导节点的初始输出功率P
k
‑
1,v
；步骤2.2：所述主导节点接收来自能量管理中心的当前总指令功率P
ref
后，所述主导节点根据自身第k
‑
1次更新的输出功率P
k
‑
1,main
，利用式(3)得到主导节点在第k
‑
1次更新的增量氢耗值h
main
(k
‑
1)；式(3)中，η
fcs,main
表示主导节点效率；步骤2.3：n
‑
1个自治节点也按照式(3)得到自身在第...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨向真，陶燕，杜燕，苏建徽，施永，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：