高温燃料电池混合动力系统的建模、仿真和控制研究 (1)

《高温燃料电池混合动力系统的建模、仿真和控制研究 (1)》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、上海交通大学博士后学位论文高温燃料电池混合动力系统的建模、仿真和控制研究姓名：田玉冬申请学位级别：博士后专业：动力工程及工程热物理指导教师：翁史烈20071101摘要熔融碳酸盐燃料电池(MoltenCarbonateFuelCell，简称MCFC)是一种用高温熔融的碳酸盐作电解质的氢氧型发电装置。它是继碱性燃料电池和磷酸燃料电池之后发展起来的一种新型燃料电池。作为高效清洁能源，MCFC具有操作温度高、无催化剂和余热可利用等优点。上世纪八十年代以来，美国、加拿大、德国、日本、英国、意大利等发达国家相继投入大量的人力、物力发展MCFC技术，我国也将其列入“十五"、“十一五”期间重点支持的高新技术开

2、发项目。目前，MCFC的研究和开发在建模、材料试验、基础工艺、产品研制、系统开发和应用等方面展开，并在分布式电站和混合系统中不断试验。由于MCFC是一个具有多回路、多相流电化学反应的复杂系统，同时，MCFC系统控制具有大滞后、时变性、不确定性和非线性等特点，因此MCFC系统建模、辨识和控制研究就具有十分重要的理论价值和现实意义。目前MCFC的系统模型，基本上都是复杂难解的机理模型和过于简单的实验模型，难以操作；MCFC控制中，传统控制系统往往结构复杂，控制效果差。模糊神经网络是模糊逻辑系统和人工神经网络的有机结合，不但可以利用系统知识、处理模糊信息，而且网络参数和结构具有自学习自适应能力。模糊

3、神经网络已经在非线性系统的控制和建模方面得到了广泛应用。结合国家863计划项目“50kW天然气熔融碳酸盐燃料电池发电系统研制"、自然科学基金项目“高温燃料电池燃气轮机混合装置研究"和中国博士后科学基金项目“熔融碳酸盐燃料电池混合发电系统的建模和控制研究"，本文主要研究了熔融碳酸盐燃料电池混合发电系统的建模、辨识和控制，基于实验数据建立了人工神经网络模型，然后进行了系统辨识，从而应用到控制系统中，提出了先进控制复合策略。主要研究内容如下：1．在初步研究课题背景和研究现状的基础上，介绍了燃料电池的研究背景和MCFC的技术进展，分析了影响MCFC性能的主要因素，并阐述了MCFC混合发电系统，最后对本

4、论文的研究内容和创新点作了说明。2．应用质量、动量和能量守恒定律以及气一液一固三相界面的传热传质理论，详细研究了MCFC元件、单电池、电堆和发电系统四个层次的机理和建模，建立了三个具有可操作性的、基于人工神经网络的MCFC发电系统模型，并依据100W和1kWMCFC电堆的实验进行了仿真。3．分析了基于过程控制的复杂系统辨识理论，接着研究了以操作参数和输出控制为目标的MCFC发电系统辨识技术，最后在100W和lkWMCFC电堆实验的基础上，建立了MCFC人工神经网络系统辨识模型，同时建立了MCFC系统辨识的向量空间，完成了多变量的系统辨识模型。研究结果表明，MCFC系统辨识的设计和实现，不能采用

5、传统的系统辨识方法，需要针对具体MCFC发电系统的大小、结构和使用场合，选择合适的先进辨识方法。4．系统研究了MCFC发电系统的先进控制理论和方法，对各种情况下的MCFC发电系统控制进行了设计和仿真研究。结果表明，MCFC发电系统控制并不是控制系统越复杂算法越新就越好，而要针对不同的情况和系统大小，根据不同的操作参数和监测数据来综合选取，设计了MCFC发电系统的模糊PID控制，自适应模糊控制和基于自适应一神经网络一模糊推理和神经网络一模糊逻辑的自适应控制，并进行了对比研究。5．对全文进行了总结，提出了一些有待解决的问题，并对未来的研究进行了展望。关键词：复杂系统，混合动力，熔融碳酸盐燃料电池(

6、MCFC)．建模，辨识，仿真，控制ⅡAbstractMoltencarbonatefuelcell(MCFC)isakindofcleanandhi曲efficientpowergenerationsystem．Itwillbeusedindistributedpowersysteminfuture．InordertousetheMCFCsysteminthepowerplant，therearestillmanytechnologyproblemsthatmustbesolved．Exceptforimprovingthestackmaterialandmanufacturetechnolo

7、gy,themodelingandcontrolsystemmustbedesignedtostabilizethesystemandimprovetheperformance．TheresearchofMCFCsystemmodelingandcontrolhaveveryimportanttheoryvalueandpracticalsignificancebecauseMCFCisacomp