一种防止固体氧化物燃料电池燃料利用率超限的控制方法

摘要

本发明公开了一种防止固体氧化物燃料电池燃料利用率超限的控制方法，该方法考虑固体氧化物燃料电池系统运行过程中对燃料利用率的限制，将该限制转换为对PID控制器输出控制量的约束，并将该约束反馈到固体氧化物燃料电池系统输出电压值与其设定值的偏差通道中，防止发生燃料利用率超限的问题，保证系统运行过程中燃料利用率始终处于合理的范围内。

主权项

一种防止固体氧化物燃料电池燃料利用率超限的控制方法，其特征在于：该方法基于PID控制，包括以下步骤：步骤1)，在固体氧化物燃料电池系统最小负荷工况下，使用工程整定方法整定得到固体氧化物燃料电池系统对应控制系统中PID控制器的参数：kp,Ti,Td；其中，kp为比例系数，Ti为积分时间，Td为微分时间；步骤2)，固体氧化物燃料电池控制系统实时在线记录(k‑1)时刻固体氧化物燃料电池系统的控制量u(k‑1)，以及(k‑1)时刻和(k‑2)时刻PID控制器的修正偏差量e^*(k‑1)和e^*(k‑2)；并将当前k时刻的负荷电流值I(k)，以及固体氧化物燃料电池系统输出电压值V_dc与控制系统电压设定值V_r的差值e(k)输入PID控制器；步骤3)，根据固体氧化物燃料电池系统燃料利用率的限制，在线实时计算固体氧化物燃料电池系统控制量的上限约束u_max和下限约束u_min：其中，K_r为常数，其取值为0.000995，v_max,v_min分别为燃料利用率的约束上限和下限，I(k)为固体氧化物燃料电池系统k时刻的负荷电流值；步骤4)，计算k时刻PID控制器的中间控制量u^*(k)：u^*(k)＝u(k‑1)+K_p[e(k)‑e^*(k‑1)]+K_Ie(k)+K_D]e(k)‑2e^*(k‑1)+e^*(k‑2)]，其中，K_p＝kp，K_I＝kp·T/Ti，K_D＝kp·Td/T，T为控制系统采样周期；步骤5)，根据所述步骤3)中的固体氧化物燃料电池系统控制量上限约束u_max和下限约束u_min，以及所述步骤4)中得到的k时刻PID控制器的中间控制量u^*(k)，计算得到PID控制器k时刻的修正偏差量e^*(k)：$e^{*}\left(k\right)=\left\{\begin{array}{cc}e\left(k\right)+\frac{u_{\max }-u^{*}\left(k\right)}{K_p+K_I+K_D}& u^{*}\left(k\right)>u_{\max }\\ e\left(k\right)& u_{\min }\le u^{*}\left(k\right)\le u_{\max }\\ e\left(k\right)+\frac{u_{\min }-u*\left(k\right)}{K_p+K_I+K_D}& u^{*}\left(k\right)<u_{\min }\end{array}\right.;$步骤6)，将所述步骤5)得到的修正偏差量e^*(k)作为PID控制器实际运算偏差，计算控制系统的输出控制量u(k)：u(k)＝u(k‑1)+K_p[e^*(k)‑e^*(k‑1)]+K_Ie^*(k)+K_D[e^*(k)‑2e^*(k‑1)+e^*(k‑2)]；步骤7)，将所述步骤6)得到的控制系统的输出控制量u(k)作为固体氧化物燃料电池系统当前时刻燃料量的控制值，传送到系统燃料量调节执行机构中，来控制调节进入固体氧化物燃料电池系统的燃料量，从而在控制系统的定电压输出同时保证系统燃料利用率在合理的范围内。