空冷型PEMFC电堆温度特性及模糊PID融合控制

以实验手段对空冷型电堆的温度特性进行研究,通过实验数据分析电堆工作温度对输出性能的影响,并结合分析结果推导出了电堆工作温度特性经验模型;同时针对电堆工作温度控制特点,设计了电堆工作温度的模糊PID融合控制方法。研究结果有助于空冷型PEMFC电堆的温度特性分析、模型优化和实时控制系统的设计。     

空冷型质子交换膜燃料电池堆温湿度特性建模

空冷型质子交换膜燃料电池(Air-CoolingPEMFC)电堆具有结构简单,自身能耗低等特点,在便携式电源研究领域有着更为光明的应用前景。在电堆的工作条件中,电堆工作温度和湿度是影响电堆性能的关键因素。以实验手段对空冷型电堆的温度和湿度特性进行研究,通过实验数据分析电堆工作温度和尾气排放周期对输出性能的影响,并结合分析结果基于遗传算法建立了电堆温度和湿度特性经验模型。研究结果有助于空冷型PEMFC电堆的温度和湿度特性分析、模型优化和实时控制系统的设计。     

空冷型PEMFC的温度控制影响

对自制空冷型质子交换膜燃料电池(PEMFC)进行变负载条件下有、无温度控制的工况对比。研究负载骤升过程中燃料电池表面温度分布情况,以及两组实验功率输出的差异性。温度控制能在燃料电池负载发生突变时,保持燃料电池表面温度良好的对称性和均匀性;无温度控制的燃料电池,抗负载扰动能力较弱,负载变化时的温度偏差最高达29.5%,但输出功率与有温度控制时仅相差0.6%。温度控制能维持燃料电池良好的工作环境,但不能明显提高燃料电池的输出功率。     

基于改进遗传算法的PEMFC电堆稳态运行优化

在质子交换膜燃料电池(PEMFC)运行过程中,运行压力、反应气条件、质子膜含水状态、电堆温度、输出电流等因素,都会影响电堆功率输出,因此须确定电堆输出最大功率的最优运行状态。为确定最大输出功率,建立了一个PEM-FC电堆参数模型和优化目标,并提出一种实现此优化的改进遗传算法。使用1kW电堆的实验数据通过最小二乘法确定了模型参数,同时详细叙述了如何利用此遗传算法实现优化,对PEMFC电堆最优运行条件进行了分析。计算和分析结果表明此遗传算法能够有效确定最大输出功率和最优运行状态。     

基于灰色预测的空冷型PEMFC发电系统实时最优温度无模型自适应控制

空冷型质子交换膜燃料电池(PEMFC)发电系统的输出性能受工作温度、气体流速、尾气排放间隔等操作参数的影响,其中工作温度是影响输出性能的关键因素。针对空冷型PEMFC发电系统温度控制所具有的非线性、时滞、慢时变等复杂特性,提出基于灰色预测的无模型自适应控制方法实现实时最优温度控制。该方法将灰色预测的结果代替发电系统当前工作温度测量值。实验结果表明:所提方法能够在不同负载条件下实现对发电系统最优温度进行实时跟踪。与增量式PID控制相比,所提方法有效减小了系统的超调,使发电系统输出功率更平稳,有利于发电系统的长期稳定运行,延长电堆的使用寿命。且所提方法仅根据PEMFC输入输出数据在线对控制器进行调整,对PEMFC参数不敏感,可应用于类似空冷型PEMFC发电系统。     

氢空PEMFC发动机的几个须关注的问题

针对一个2.5kW氢空质子交换膜燃料电池(PEMFC)堆,研究了不同负载下电堆侧面的温度分布、不同温度下电堆极化曲线、以及不同电流时单电池电压的变化。实验表明,PEMFC发动机设计中以下几个问题应该予以关注(1)电堆温度分布具有明显非均匀性,中心温度一般比边缘高,减小温度不均匀性对于充分发挥电堆性能具有重要意义;(2)低温下电堆性能比高温低很多,并且低温大电流时电堆难以稳定,这增加了发动机低温启动难度;(3)单电池一致性的提高,可以提高电堆性能,减小辅助系统功率和体积。     

空冷型PEMFC电堆温度建模及改进GPC控制

为了使电池具有良好的输出性能,质子交换膜燃料电池(PEMFC)电堆温度必须控制在一个合适的范围内.提出了一个基于广义预测控制(GPC)的PEMFC温度预测控制方案.根据电池内部的能量守恒定律,建立了空冷型燃料电池电堆温度模型,基于此温度模型,采用GPC控制器建立了PEMFC温度控制系统,并提出一种改进的广义预测控制算法,减少了计算量和控制过程中的超调.设定温度为实验所获得的最佳工作温度.控制仿真结果表明,设计的PEMFC温度GPC控制系统有较高的控制精度与响应速度.     

PEMFC发电系统FFRLS在线辨识和实时最优温度广义预测控制方法

质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)发电系统是21世纪最有前景的发电技术之一。针对空冷型PEMFC发电系统工作温度对输出性能影响问题,该文通过理论分析和实验手段研究发电系统输出性能的最优特性。根据空冷型PEMFC发电系统温度控制对象所具有的非线性、迟滞、时变等特点,提出基于FFRLS在线辨识的PEMFC发电系统实时最优温度广义预测控制。其中,FFRLS在线辨识算法用于对非线性控制对象进行建模和在线校正。在搭建的空冷型PEMFC测控实验平台上,通过实验研究控制器参数对于系统性能的影响。阶跃响应实验结果表明:提出的控制方法能够在不同负载条件下实现对电堆最优温度进行实时跟踪。与常规PID控制比较,系统的超调量减少了约32.3%,发电系统输出功率更平稳,有利于发电系统的长期稳定运行,延长电堆的使用寿命。     

空冷PEMFC空气流向实验研究

空冷型质子交换膜燃料电池利用外部风扇来提供反应所需空气,并为电堆散热。由于电堆内部流道以及外部风扇罩的影响,空气的流向不同会对电堆内部空气在各单电池间的流动造成影响,从而影响电堆内的冷却和电化学反应效果。开展了空气的流向对电堆性能影响的实验研究,在环境温度、风扇转速等外界条件不变的情况下,测量了散热风扇"吸风"与"吹风"两种空气流动方式对电堆和各单电池输出特性的影响。结果表明,采用"吸风"方式供应空气(即正向流动)时,虽然电堆总体性能略低于"吹风"(即反向流动),但电堆均匀性和稳定性要更好,因此在空冷型质子交换膜燃料电池的使用过程中,采用空气正向流动方式更有利。     

空冷型PEMFC阳极排气周期实验研究

针对不同负载和阳极排气周期,对自制的空冷型质子交换膜燃料电池(PEMFC)进行实验。在实验过程中用单电池巡检系统监控各单体电池的电压,红外热像仪测量电堆表面的温度分布。在恒压输出模式下,随着阳极排气周期和负载的增大,单体电池的电压差逐渐扩大。当排气间隔为50 s(单体电池电压设定为0.6 V)时,平均电压最大偏差达0.2 V,出现该现象的原因是高负载输出时,如阳极排气不及时,更容易发生水淹。     

恒定功率因数节能方法在VVVF变频调速器中的应用

文章简要分析了恒转矩负载在恒定输出频率下调节定子电压可以提高电机效率的原理，同时讨论了采用恒定功率因数节能方法时，保持电机节能运行条件。在模糊控制PID方法基础上，实现了恒定功率因数节能控制。实验结果表明电机在轻载条件下保持适当的恒定功率因数运行时，具有很好的节能效果。     

基于MVO算法与改进目标函数的电力系统负荷频率控制

针对风电并网时的随机波动功率、负荷频率控制(load frequency control, LFC)系统参数变化所引起的电力系统频率稳定问题,提出了一种基于智能优化算法与改进目标函数的互联电网LFC系统最优PID控制器设计方法。首先,分析了基于PID控制的含风电互联电力系统LFC闭环模型。其次,在时间乘误差绝对值积分(integral of time multiplied absolute error, ITAE)性能指标的目标函数中考虑了区域控制器的输出信号偏差,对优化目标函数进行改进。采用性能优良的多元宇宙优化(multi-verse optimizer, MVO)算法先计算后验证的思路,寻优获得最优PID控制器参数。最后,以两区域4机组互联电力LFC系统为例,仿真验证了基于MVO算法结合改进目标函数所获得的PID控制器,比基于MVO算法所获得的PID控制器,对阶跃负荷扰动、随机负荷扰动、风电功率偏差扰动以及系统的参数变化,具有相对较好的鲁棒性能。并且,对控制器参数也具有相对较好的非脆弱性指标。     

基于模糊分数阶PID的含电动汽车的多能源微电网二次频率控制

为了解决分布式可再生能源间歇性发电和电动汽车接入微电网导致的微电网频率波动问题,针对含电动汽车接入的多能源微电网系统,设计了一种基于模糊自适应理论的分数阶比例-积分-微分(PID)二次频率控制器,通过建立模糊控制规则,结合频率偏差对模糊分数阶PID控制器参数进行实时在线整定.考虑光伏发电和风力发电输出功率波动、电动汽车接入微电网、随机负荷扰动3种不同场景,对所提出的模糊分数阶PID控制方法进行了仿真验证与量化分析.仿真结果表明,相比于传统PID控制器和分数阶PID控制器,所设计的模糊分数阶PID控制器使得系统频率响应振荡减少、超调量明显降低、动态调节时间更短,呈现出更强的抗扰动能力和鲁棒性,对于多能源微电网的二次频率调节具有优良的控制效果.     

火电机组主汽温的模糊免疫PID控制研究

火电厂主汽温控制系统具有大惯性、大迟延和时变等特性,传统多采用基于模型的常规PID串级控制方法。本文借鉴生物免疫反馈响应过程的调节作用和模糊推理逻辑可逼近非线性函数的特性,提出将模糊免疫PID控制策略应用到火电厂主汽温控制系统中。火电厂汽温控制系统的仿真研究表明：该方法的控制效果优于常规的PID控制,能适应对象参数的变化,具有较强的鲁棒性和自适应能力。     

基于遗传算法与模糊PID复合控制的电机调速研究

为了加强永磁同步电机调速系统的智能控制,提出了一种基于遗传算法与模糊PID智能控制的永磁同步电机调速控制策略。首先建立永磁同步电机的基本模型,利用遗传算法对模糊PID控制器进行改进,优化其参数选择和提高控制效率,并搭建Simulink仿真模型和实验验证模型。其结果得到:利用遗传算法能够迅速得到模糊PID控制器的最佳匹配初始参数,且在电机启动阶段和突加干扰阶段,遗传改进模糊PID控制系统相比于传统的PID控制系统其转速、转矩以及三相电流输出均表现出更加稳定以及波动更小。系统出现干扰后,在该组合智能控制作用下系统在极短时间内恢复稳定,其动态响应速度显著快于传统PID控制方法。结果表明该基于遗传算法与模糊PID控制系统能够对永磁同步调速系统进行有效控制,进而使系统具有较优异的启动特性和动态稳定。     

模糊PID控制的便携式柴油发电机系统设计

为了提高柴油发电机在复杂工况下输出电压的稳定性,满足交流发电机尽快响应负载变化的要求,在便携式柴油发电机的整流和逆变环节,设计了以转速反馈和电流补偿相结合模糊PID控制.利用MATLAB/Simulink对柴油机负载恒定和突加、突减负载等不同工况进行传统PID算法和模糊PID控制算法的对比仿真分析,经在便携式柴油发电机组上实际验证,结果表明,此方案既简单快速,又提高了系统精度,在各种负载变化的情况下能取得较好的控制效果,具有较高的实用价值.     

Comparative performance analysis of teaching learning based optimization for automatic load frequency control of multi-source power systems

This paper presents a new population based parameter free optimization algorithm as teaching learning based optimization (TLBO) and its application to automatic load frequency control (ALFC) of multi-source power system having thermal, hydro and gas power plants. The proposed method is based on the effect of the influence of teacher on the output of learners and the learners can enhance their knowledge by interactions among themselves in a class. In this extensive study, the algorithm is applied in multi area and multi-source realistic power system without and with DC link between two areas in order to tune the PID controller which is used for automatic generation control (AGC). The potential and effectiveness of the proposed algorithm is compared with that of differential evolution algorithm (DE) and optimal output feedback controller tuning performance for the same power systems. The dynamic performance of proposed controller is investigated by different cost functions like integral of absolute error (IAE), integral of squared error (ISE), integral of time weighted squared error (ITSE) and integral of time multiplied absolute error (ITAE) and the robustness of the optimized controller is verified by its response toward changing in load and system parameters. It is found that the dynamic performance of the proposed controller is better than that of recently published DE optimized controller and optimal output feedback controller and also the proposed system is more robust and stable to wide changes in system loading, parameters, size and locations of step load perturbation and different cost functions.     

抽水蓄能机组调速系统非线性预测控制方法研究

调速系统是抽水蓄能机组频率及出力控制的主要部件,其控制性能及控制品质对于工况变化频繁,在电网中担任削峰填谷任务的抽水蓄能机组尤为重要。本文针对传统抽蓄机组的PID控制器中控制参数受工况影响大,控制器缺乏状态预测能力等缺点,提出一种适用于抽蓄机组调速系统不同工况的快速非线性预测控制方法。该方法应用抽蓄机组全特性曲线作为水泵水轮机模型,考虑压力引水管道的水击现象,利用模糊PID控制与预测控制的滚动状态预测原理计算得到调速器控制信号,使得调速器在根据运行工况精确控制机组频率与出力的同时,保证了控制计算的实时性。通过以某抽水蓄能电站实际资料进行抽水蓄能机组发电方向开机和负荷调节动态过程仿真,结果表明该预测控制方法较传统控制方式效果优越。     

基于模糊神经分数阶PI2Dμ 的储能电源逆变控制

针对传统PID控制器存在抗干扰能力差、参数整定困难、时变控制不确定等不足,为进一步提高储能电源逆变输出电压波形质量,增强控制系统的鲁棒性,提出了基于优化模糊PID控制器的控制策略。在介绍分数阶控制器定义及其数学实现的基础上,该方法引入模糊控制规则对控制器的结构参数进行调整,同时融合了神经网络的自学习能力,通过在系统工作时动态调整隶属函数和完善模糊控制规则,实现控制器参数的在线调节和优化。仿真结果表明,优化后的控制器具有更灵活的结构和更强的鲁棒性,具备良好的动态特性和自适应能力,能够满足储能电源逆变控制的要求。