燃料电池复杂非线性静态特性模型简化方法

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1、第.2卷!第<期g:J!.2!H:!<"#00年&月0#日'?B!0#!"#00燃料电池复杂非线性静态特性模型简化方法王成山&黄碧斌&李!鹏&高!菲&丁!菲&丁承第)天津大学电力系统仿真控制教育部重点实验室!天津市.###<"'摘要"提出了一种基于自动分段线性拟合方法的燃料电池复杂非线性静态特性模型简化方法&该方法可在满足预定误差要求前提下自动给出分段线性拟合简化模型$通过调整误差限度改变复杂非线性特性的线性分段数$进而在提高仿真速度的同时保证整个系统仿真的精度要求&该方法也适用于其他具有非线性静态特性的分布式电源&通过对详细模型与简化模型的分析对

2、比$证明了方法的有效性&关键词"燃料电池(静态特性模型(模型简化(分段线性拟合(仿真(分布式电源%!引言工方法难以快速$准确地找到理想的分段区间!也无法控制各个分段区间内拟合直线的误差!不能很好分布式电源的种类很多!不同类型的分布式电地满足实际要求"源模型差异较大!一些分布式电源模型以动态特性在分布式电源模型的化简中采用快速准确的分%0&为主!需要用微分方程描述!如微型燃气轮机!另段线性拟合算法很有必要"文献%/&总结了现有常一些分布式电源则以静态特性为主!主要以非线性用的分段线性拟合算法!并将这些算法分成给定直%"&%.-&&代数方程描述!如光伏

3、电池$燃料电池和蓄电线数量$给定拟合误差和给定合适节点.类!其中常%2&池等"在分布式发电系统中!光伏电池$燃料电池用的给定拟合误差算法主要包括滑动窗口$自底向和蓄电池等电源都具有较强的非线性静态特性!为上和自顶向下法"各种算法都有自身的特点!可以了准确描述该特性!通常采用解析模型和经验模型根据实际的应用需求选择合适的分段线性拟合算相结合的方式对其内部和外部输出特性进行建模!法!本文对这些算法不作深入的研究!具体可以参阅由此建立的数学模型往往也比较复杂"相关文献"在实际含大量分布式电源的配电系统或微网的燃料电池模型具有十分复杂的非线性静态特仿真研究

4、中!并非总是需要对所有分布式电源都采性!而且相对于其他分布式电源模型更为复杂!涉及用详细准确的模型!对一些分布式电源的模型适当大量参数!包括热力学参数$电化学参数以及电气参加以化简!可以在保证仿真精度的前提下有效提高%&&数等!对其进行化简具有较强的代表意义"仿真工作的效率!这一做法在研究配电系统或微网针对燃料电池模型特点和手工方法进行分段线系统侧的问题时尤为有效"性拟合的缺点!本文提出了一种基于滑动窗口算当研究电力系统问题时!相对于分布式电源的%0#-00&法$能够自动分段线性拟合的燃料电池复杂非内部特性!研究人员更关心它们的外部输出特性!而线性

5、静态特性模型简化方法"该方法可在满足预定这一外特性常可以采用曲线拟合方法来简化描述"误差要求前提下自动给出分段线性拟合简化模型!曲线拟合方法有很多种!最常用的是线性拟合和多可以通过调整误差限度改变复杂非线性特性的线性项式拟合"分段线性拟合方法在电力系统领域的应分段数!进而在提高仿真速度的同时保证整个系统%1-<&用较为广泛!但是利用分段线性拟合方法对分布仿真的精度要求"式电源模型进行化简的研究还很少!文献%6&利用手工方法对光伏电池输出特性进行分段拟合!但是手&!非线性静态特性分段线性拟合算法基于滑动窗口算法!可对燃料电池输出特性进收稿日期%"#0

6、#-#1-0"(修回日期%"#0#-00-#0&行分段线性拟合!具体步骤如下(国家自然科学基金资助项目!2#2/2&0"$2#1"2<""#(国家重步骤0(将燃料电池模型的数学表达式F)G'离点基础研究发展计划!/<.计划#资助项目!"##/*)"0/<##$散化!得到一组能反映函数F)G'基本特性的数据!"#0#*)".&1###(国家高技术研究发展计划!61.计划#资助如)G!@'!0&7&!!G2$G"770$G"$!项目!"##<''#2G"2##&步骤"(设定分段线性拟合的初始点G"7#1&#!绿色电力自动化!!王成山!等!燃料电池复杂非

7、线性静态特性模型简化方法步骤.(设定区间-H*/G$!G$%0!2!G&3的拟合式中(误差限度%"其中!H表示分段区间编号!0&$$j.)Dj"/6!02'lH$+,!9D@BD%>50!""/j#!62k0#&&!"j20JDL'&!.#6k0#D)JDLl73"步骤&(按照给定规律增加数值点!扩大分段区""K+9>5j%&0%&"D%&.DJD?7l&&DJD)#e*l#D'&间-""H步骤2(使用直线拟合方法确定拟合直线I)G'!K:=$*#e*)<%<*'H;并计算拟合误差%H"K9:D*'MJD)0'';$+,步骤1(如果%!转步骤&!

8、继续扩大分段H$%H$+,Ke*为燃料电池的运行电压*9D@BD%>为电池的可逆开区间-"H路电压*K为活化过电压*K为欧