【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于燃料电池混合动力系统，特别是涉及一种多堆燃料电池混合动力系统自适应功率平滑控制方法。
技术介绍
1、随着环境问题的加剧，绿色清洁的替代能源越来越受到人们的关注，特别是氢能由于其清洁、无污染、高热值等优点引起工业界和学术界广泛的兴趣，而氢燃料电池作为一种高效利用氢能的能源转换装置已被用到很多领域，例如：汽车、轨道列车、船舶、飞机、微电网等。氢燃料电池在交通领域应用主要有以下一些特点：环保和减排，氢燃料电池产生的唯一废弃物是水蒸气，几乎没有尾气排放，不会对环境造成污染。可有效地减少交通领域的温室气体排放，有助于应对气候变化和改善空气质量；长距离驱动能力，相比传统的电动汽车，氢燃料电池车辆具有较长的续航里程。这使得氢燃料电池在长距离的商业运输、物流和公共交通等领域具有潜力；快速加注和便捷性，与传统的电动汽车相比，氢燃料电池车辆可以通过氢气加注站进行快速加注，类似于传统燃油车辆加注，这意味着用户可以在短时间内完成加注，可提高用户的接受程度和便利性；多样化的应用场景，氢燃料电池车辆不仅适用于乘用车市场，还可以广泛应用于公共交通、货运、物流和轨道交通等领域，特别是在大型车辆和重载运输方面，氢燃料电池技术具有更大的优势，可以满足高功率需求和长时间行驶的需求。这些优势使得氢燃料电池成为未来交通领域的重要发展方向之一。
2、然而，高速的功率波动会加速燃料电池的性能退化进而影响其服役寿命，并且多堆燃料电池系统中各燃料电池电堆在长期不同运行条件下会出现不同程度的退化。这将会导致整个多堆燃料电池系统的服役寿命产生“木桶效应”，
3、为了减小高速功率波动对多堆燃料电池系统性能退化的影响，同时考虑系统中各燃料电池电堆性能的均衡。因此，有必要研究一种控制方法目的是实现性能较差的燃料电池电堆承担较为平滑的功率波动，以保证多堆燃料电池系统中各燃料电池电堆性能最终趋于均衡，则可有效延长多堆燃料电池系统的整体服役寿命。
技术实现思路
1、为了解决上述问题，本专利技术提出了一种多堆燃料电池混合动力系统自适应功率平滑控制方法，抑制了多堆燃料电池系统输出功率的高速波动，多堆燃料电池系统中各燃料电池输出功率的变化率均小于设定的最大功率变化率限制，且各燃料电池基于自身性能状态自适应调节输出功率平滑程度，性能越差的燃料电池其输出功率越平滑，保证多堆燃料电池系统中各电堆性能最终趋于均衡，减小性能较差燃料电池电堆对多堆燃料电池系统整体寿命的不利影响，可有效延长多堆燃料电池系统的整体服役寿命。
2、为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种多堆燃料电池混合动力系统自适应功率平滑控制方法，其特征在于，包括步骤：
3、步骤1：从上层能量管理策略获取多堆燃料电池系统中各燃料电池电堆的参考功率pfc_refi；
4、步骤2：针对多堆燃料电池系统设计基于性能均衡的自适应功率平滑控制，并将基于性能均衡的自适应功率平滑控制作为多堆燃料电池系统的底层功率控制环节，根据步骤1中上层能量管理策略给定的多堆燃料电池的参考功率对燃料电池输出功率进行自适应功率平滑控制；
5、步骤3：对多堆燃料电池系统中不同燃料电池电堆的性能状态进行评估同时量化获得燃料电池电堆的性能评估指标dfci，并将性能评估指标用于自适应功率平滑控制中；
6、步骤4：根据燃料电池的最大输出功率变化率限制prate_max以及多堆燃料电池系统中各燃料电池电堆的性能评估指标dfci定义惯性系数ji，实现惯性系数的自适应调节，并设置阻尼因子di，进一步地实现基于性能均衡的多堆燃料电池混合动力系统自适应功率平滑控制；
7、步骤5：结合步骤1到步骤4实现了完整的基于性能均衡的多堆燃料电池混合动力系统自适应功率平滑控制方法，通过所述基于性能均衡的自适应功率平滑控制方法得到燃料电池实际输出功率参考，在多堆燃料电池系统主动功率控制作用下，储能系统被动进行功率调节。
8、进一步的是，在所述步骤2中，针对多堆燃料电池系统设计基于性能均衡的自适应功率平滑控制，并将其作为多堆燃料电池系统的底层功率控制环节，根据步骤1中所述的上层基于优化的能量管理策略给定的多堆燃料电池的参考功率对燃料电池输出功率进行自适应功率平滑控制，公式为：
9、
10、其中，pfci分别为多堆燃料电池系统中第i个燃料电池的实际参考功率与输出功率，di为多堆燃料电池系统中第i个燃料电池自适应功率平滑控制的阻尼因子，ji为多堆燃料电池系统中第i个燃料电池自适应功率平滑控制的自适应惯性系数以实现基于燃料电池电堆性能状态的自适应调节输出功率平滑程度；i＝1,2,…,n，n表示多堆燃料电池系统中有n组并联的燃料电池发电单元。
11、进一步的是，设置阻尼因子di，根据步骤2中所述的自适应功率平滑控制可知，在考虑燃料电池输出功率pfci能够快速跟踪燃料电池的实际参考功率的情况下，即燃料电池输出功率pfci等于燃料电池的实际参考功率则燃料电池输出功率pfci与步骤1所述的上层能量管理策略给定的燃料电池参考功率pfc_refi稳态平衡关系为：
12、
13、因此，根据上述稳态平衡关系设置di，通常情况下，在稳态时需要燃料电池输出功率等于上层能量管理策略给定的燃料电池参考功率，则di＝0；此外，还根据不同需求设置不同的阻尼因子。
14、进一步的是，在所述步骤4中，根据燃料电池的最大输出功率变化率prate_max定义惯性系数ji，以限制多堆燃料电池系统中各燃料电池电堆的输出功率变化率均小于设定的最大输出功率变化率，假设燃料电池输出功率能够快速跟踪所提自适应功率平滑控制方法输出的实际参考功率，结合步骤2中所述自适应功率平滑控制，在一个采样周期δt内，利用上一时刻即t-δt时刻的功率信息判断下一时刻即t时刻的功率变化率，则有以下分析：
15、
16、进一步则有
17、
18、其中，pfc_refi(t-δt)表示t-δt时刻上层能量管理策略给定的燃料电池参考功率，分别表示t和t-δt时刻燃料电池实际参考功率，pfci(t)、pfci(t-δt)分别表示t和t-δt时刻燃料电池输出功率，ji(t)的表示t时刻惯性系数；
19、因此，t时刻惯性系数ji(t)的取值应满足：
20、
21、为了保证上述不等式恒成立，定义惯性系数ji(t)为：
22、
23、其中，j0i为初始惯性系数，它基于燃料电池的性能评估指标dfci确定。
24、进一步的是，初始惯性系数j0i通过燃料电池性能评估指标dfci确定，表示为：
25、
26、其中，a为调节系数，燃料电池性能评估指标dfci基于燃料电池的输出电压进行量化评估，表示为：
27、
28、其中，vratedi表示初始未退化状态的燃料电池在本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种多堆燃料电池混合动力系统自适应功率平滑控制方法，其特征在于，包括步骤：
2.根据权利要求1所述的一种多堆燃料电池混合动力系统自适应功率平滑控制方法，其特征在于，在所述步骤2中，针对多堆燃料电池系统设计基于性能均衡的自适应功率平滑控制，并将其作为多堆燃料电池系统的底层功率控制环节，根据步骤1中所述的上层基于优化的能量管理策略给定的多堆燃料电池的参考功率对燃料电池输出功率进行自适应功率平滑控制，公式为：
3.根据权利要求2所述的一种多堆燃料电池混合动力系统自适应功率平滑控制方法，其特征在于，设置阻尼因子Di，根据步骤2中所述的自适应功率平滑控制可知，在考虑燃料电池输出功率Pfci能够快速跟踪燃料电池的实际参考功率的情况下，即燃料电池输出功率Pfci等于燃料电池的实际参考功率则燃料电池输出功率Pfci与步骤1所述的上层能量管理策略给定的燃料电池参考功率Pfc_refi稳态平衡关系为：
4.根据权利要求1所述的一种多堆燃料电池混合动力系统自适应功率平滑控制方法，其特征在于，在所述步骤4中，根据燃料电池的最大输出功率变化率Prate_max定义惯
5.根据权利要求1或4所述的一种多堆燃料电池混合动力系统自适应功率平滑控制方法，其特征在于，初始惯性系数J0i通过燃料电池性能评估指标Dfci确定，表示为：
6.根据权利要求1所述的一种多堆燃料电池混合动力系统自适应功率平滑控制方法，其特征在于，在所述步骤5中：结合步骤1到步骤4实现了完整的基于性能均衡的多堆燃料电池混合动力系统自适应功率平滑控制方法，通过所述基于性能均衡的自适应功率平滑控制方法得到燃料电池实际输出功率参考，并将燃料电池实际输出功率参考除以燃料电池输出电压作为电流内环的参考产生PWM控制信号用于实现对燃料电池发电单元接口变换器的控制，在多堆燃料电池系统主动功率控制作用下，储能系统被动地提供需求功率缺额或吸收额外功率，并起到直流母线电压支撑作用。
7.根据权利要求1所述的一种多堆燃料电池混合动力系统自适应功率平滑控制方法，其特征在于，在所述步骤2、步骤3、步骤4和步骤5中的完整控制流程均在各燃料电池发电单元本地控制器中实现，仅需要来自所述步骤1的上层能量管理策略给定的燃料电池参考功率信息及本地电堆电压电流信息，多堆燃料电池系统各电堆间无需额外的信息交换与通信。
8.根据权利要求1所述的一种多堆燃料电池混合动力系统自适应功率平滑控制方法，其特征在于，多堆燃料电池系统中各燃料电池电堆在所述基于性能均衡的自适应功率平滑控制作用下，各燃料电池的输出功率的变化率均小于设定的燃料电池最大输出功率变化率限制；同时，各燃料电池基于自身性能状态自适应调节输出功率平滑程度，服役性能越差即性能评估指标越小的燃料电池其对应的惯性系数越大，则其输出功率越平滑。
...【技术特征摘要】
1.一种多堆燃料电池混合动力系统自适应功率平滑控制方法，其特征在于，包括步骤：
2.根据权利要求1所述的一种多堆燃料电池混合动力系统自适应功率平滑控制方法，其特征在于，在所述步骤2中，针对多堆燃料电池系统设计基于性能均衡的自适应功率平滑控制，并将其作为多堆燃料电池系统的底层功率控制环节，根据步骤1中所述的上层基于优化的能量管理策略给定的多堆燃料电池的参考功率对燃料电池输出功率进行自适应功率平滑控制，公式为：
3.根据权利要求2所述的一种多堆燃料电池混合动力系统自适应功率平滑控制方法，其特征在于，设置阻尼因子di，根据步骤2中所述的自适应功率平滑控制可知，在考虑燃料电池输出功率pfci能够快速跟踪燃料电池的实际参考功率的情况下，即燃料电池输出功率pfci等于燃料电池的实际参考功率则燃料电池输出功率pfci与步骤1所述的上层能量管理策略给定的燃料电池参考功率pfc_refi稳态平衡关系为：
4.根据权利要求1所述的一种多堆燃料电池混合动力系统自适应功率平滑控制方法，其特征在于，在所述步骤4中，根据燃料电池的最大输出功率变化率prate_max定义惯性系数ji，以限制多堆燃料电池系统中各燃料电池电堆的输出功率变化率均小于设定的最大输出功率变化率，假设燃料电池输出功率能够快速跟踪所提自适应功率平滑控制方法输出的实际参考功率，结合步骤2中所述自适应功率平滑控制，在一个采样周期δt内，利用上一时刻即t-δt时刻的功率信息判断下一时刻即t时刻的功率变化率，则有以下分析：
5.根据权利要求1或4所述的一种多堆燃料...
【专利技术属性】
技术研发人员：李奇，李响，王天宏，尹良震，邱宜彬，陈维荣，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：
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