基于DHP方法的PEM燃料电池优化控制器设计

质子交换膜燃料电池(PEMFC)系统具有明显的非线性和时变的特质,因此质子交换膜燃料电池的建模和优化控制问题是研究的重点。通过建立单体质子交换膜燃料电池的近似线性动态模型,并在此模型基础上,设计了基于双启发式动态规划(DHP)的质子交换膜燃料电池神经网络优化控制器。仿真结果表明,此近似线性模型有效地简化了非线性和时变的特质,在此模型基础上所设计的神经网络控制器具有更好的控制效果和控制精度。     

10kW PEMFC动态系统建模与控制

以质子交换膜燃料电池(PEMFC)动态系统为研究对象。首先将质子交换膜燃料电池划分为氢气动态模型、空气动态模型、电化学电压模型和温度动态模型四部分建模;其次根据系统运行要求设计控制策略:氧气化学计量比前馈控制,阴极和阳极压力差PID控制和温度滑模控制;最后应用所建立的模型和控制策略对10 kW质子交换膜燃料电池进行仿真运行分析,结果证明所设计的系统能模拟PEMFC动态系统运行。     

质子交换膜燃料电池温度的神经网络PID控制设计

根据实验数据,选用合适的智能方法,建立了质子交换膜燃料电池温度辨识模型,然后设计了基于BP神经网络的PID控制器通过调节循环冷却水的流量将电堆温度控制在设定值.仿真结果表明该控制器可以将电池系统的温度很好的控制在理想的范围内,对实际应用具有很好的指导作用.     

质子交换膜燃料电池发电系统建模与分析

对质子交换膜燃料电池(PEMFC)发电系统进行动态建模和分析,模型包括质子交换膜燃料电池,供气系统和直流-直流(DC-DC)变换器等部分。首先建立用于预测燃料电池电化学特性和反应气体压力特性的集中参数动态模型,同时给出了供气系统和DC-DC转换器的动态模型,也给出了比例积分型DC-DC变换控制器的设计方法。然后仿真和分析了PEMFC发电系统对快速变化负载的动态响应。采用Matlab-SIMULINK软件对5kW的PEMFC发电系统进行仿真。仿真结果表明系统模型结构简单,计算量小;PEMFC发电系统能够满足快速负载功率需求,满足不同负载的使用要求。     

多物理域质子交换膜燃料电池建模仿真及实验测试

燃料电池及其应用近些年逐渐成为研究热点,对于系统级的燃料电池运行工况分析及设计,底层的燃料电池本体模型显得至关重要。相比于已有的传统经验模型,重点提出了一种一般性的多物理域燃料电池分析模型,并从电化学域、流体力学域以及热力学动态域对质子交换膜燃料电池进行了精确建模。所提出的框架性建模方法可以适用于不同型号的质子交换膜燃料电池,同时也可以进一步拓展并应用于不同种类的燃料电池。随后以Ballard NEXA 1.2 kW质子交换膜燃料电池为例,对模型在不同工况下进行了仿真,并通过实验测试验证了所提出模型的有效性和准确性。在此基础上,可以展开相应的控制策略及电池本体运行分析,从而提升燃料电池系统的运行性能和工作寿命。     

基于PFDL的阴极开放式PEMFC系统无模型自适应预测控制

为使得阴极开放式质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)的运行保持最优输出性能,提出一种基于偏格式动态线性化的无模型自适应预测控制策略,实现电堆的性能优化。通过偏格式动态线性化的方法,将阴极开放式PEMFC这一非线性时变系统等价转换为动态线性化数据模型,继而实现对非线性控制对象的控制。在搭建的测控平台上进行实验,验证动态线性化数学模型的正确性以及控制策略的可靠性。通过与传统的PID控制策略对比,所提出的控制策略能够快速准确地使电堆输出较高的功率,证明了该控制策略具有优越性同时使得系统具有较好的动态性能,有利于质子交换膜燃料电池的长远稳定运行。     

燃料电池用膜加湿器机理分析与智能控制研究

通过分析不同湿度下输入气体对质子交换膜燃料电池膜水含量的影响,确定根据实时电流情况获取最佳阴极目标湿度,并基于热动态原理、质量连续性、热传递理论和膜扩散经验,建立一种膜加湿器的热动态模型,模拟在不同气体输入流量、温度和湿度情况下,被加湿气体的输出湿度开环动态特性,利用单神经元自适应智能PID控制器调节湿气体的流量达到控制被加湿气体的输出湿度。结果显示:基于质子交换膜燃料电池膜加湿器机理分析的闭环智能控制策略,具有较强的抗干扰性能、跟踪性能和自适应能力。     

基于扩张状态观测器的PEMFC电堆温度控制

针对质子交换膜燃料电池(PEMFC)的电堆温度控制系统,提出一种基于扩张状态观测器的PEMFC电堆温度控制器设计方法。首先建立PEMFC的电堆温度模型,并对模型进行非线性变换。根据变换后的模型设计扩张状态观测器,利用扩张状态观测器得到电堆温度的动态过程,并将得到的动态过程信息补偿到控制器中。所设计的控制器不需精确的PEMFC内部传热过程,是一种不基于模型的控制器设计方法,且算法简单,工程实用性强。仿真结果表明所提出的控制方法适合PEMFC电堆温度控制系统的设计,并具有较好的控制效果。     

低温型燃料电池混合发电系统的半物理仿真

针对低温型燃料电池运行状态对电池性能和寿命的影响,建立了基于机理的质子交换膜燃料电池的电气模型,给出了采用电化学方程的质子交换膜燃料电池半物理混合发电系统电气特性的模型结构、优化、仿真和实验,为低温型燃料电池混合发电系统的研究提供了一个实际工程应用模型。     

基于终端滑模控制的燃料电池进气管理

适当的进气可改善燃料电池的输出特性,但过量的进气可能导致质子交换膜损坏、氧匮乏和输出效率低等问题。进气系统过氧比值能反映气体供应的情况,是衡量燃料电池系统运行状况的重要参数。根据质子交换膜燃料电池(PEMFC)系统建模分析过程,将负载电流作为外部扰动,并基于模型设计出比例-积分-微分(PID)控制器、传统滑模控制器(SMC)和非奇异终端滑模(NTSM)控制器。仿真结果表明：3种控制算法均能实现稳态跟踪,但两种滑模控制器的控制效果好于PID控制器,NTSM控制器的控制时间比PID控制器和SMC分别减少70.5%和48.5%。     

分布式发电中燃料电池的建模与控制

合适的燃料电池(fuel cell,FC)动态模型对分布式发电技术的研究起着很重要的作用。提出了非线性质子交换膜燃料电池和固体氧化物燃料电池的动态模型,该模型考虑了燃料利用率的影响和各种反应物随时间变化的压力。并在该模型的基础上,应用电池效率和发电经济性分析得出了燃料利用率一般控制在0.7~0.9范围内比较好。详细阐述了FC在并网运行时的控制策略,以及在含FC发电系统的潮流计算中,将FC的并网节点当作PV节点来处理。     

PEM燃料电池流量及功率系统的建模

数学模型是理解和分析燃料电池性能的有效工具,质子交换膜燃料电池(PEMFC)的建模是该技术发展和研究中的一个极为重要的问题。将结合已有的PEMFC建模方面的成果和本实验室PEMFC实验台的实验数据给出一种质子交换膜燃料电池系统的动态模型。该模型能够描述电堆电压、反应物流量以及反应物空间压力的瞬态响应过程。我们利用Matlab的SIMULINK对模型进行仿真,给出了负载电流以及反应物流量控制器给定电压阶跃变化时系统的瞬态响应,并对仿真结果和实验台实际运行数据进行了分析和比较。结果显示具有较好的一致性,证明此模型是PEMFC的实时控制系统以及最优化设计的一个有力工具。     

直流微网下混合式永磁风电机组反馈线性化控制策略

针对混合式永磁风电机组直流并网的特点,基于反馈线性化基本理论和实现方法,将该控制策略用来设计风电机组控制系统。在MATLAB2010b/Simulink仿真平台下建立了风电系统仿真动态模型,采用反馈线性化方法将所建立的仿射非线性模型线性化,设计了非线性控制器,通过调节机侧变流器等效电阻值,实现了永磁风电机组的线性化控制。仿真试验验证了该控制策略的正确性和有效性。     

5kW燃料电池分布式并网发电系统设计

介绍了5kW质子交换膜燃料电池分布式并网发电系统的结构设计,重点介绍了系统中基于加权平均电流反馈的并网电流控制和能量管理设计,通过实验对设计进行了验证.实验结果表明,该系统可以很好地工作于独立运行和并网运行两种状态,在负载突变时,能量管理单元可以给燃料电池提供动态功率缓冲,保障电池工作安全.     

基于微分代数模型的直流非线性附加控制

针对交直流互联电力系统的稳定控制问题,提出了一种微分代数模型反馈线性化的新方法。该方法基于叠加原理,计及非线性代数模型的影响,将微分代数系统的微分模型和关联代数模型的反馈分别线性化;系统代数变量仅影响关联代数模型反馈线性化,避免微分代数模型反馈线性化过程中重复进行微分部分的计算,易于研究不同代数变量对控制系统性能指标的影响程度;基于微分模型的状态反馈线性化系统可简便地扩展为微分代数模型状态反馈线性化系统。充分考虑交直流互联系统非线性负荷对直流功率调制的影响,将该方法应用于直流非线性附加控制器设计中,仿真结果表明所设计的控制器具有较好的阻尼特性,可有效改善互联系统动态稳定性,并提高直流系统运行稳定性。     

基于反馈线性化原理的直驱风力发电机组控制系统设计

提出一种基于反馈线性化原理的控制策略来设计直驱型风力发电机组(D-DPMSG)控制系统。为了使系统稳定运行在最大功率区域和快速追踪最大功率特性曲线,建立了系统各部分的动态模型并推导出了该非线性控制策略。在随机风速扰动下,相对于传统的PID控制策略,基于反馈线性化原理设计的非线性控制器使系统的转速响应超调更小,响应速度和恢复速度更快,效果更好。最后,大量仿真证明了该控制策略在追踪最优功率曲线的有效性。     

基于反馈线性化控制的D-STATCOM在配电网中的应用

针对传统的电压外环电流内环双闭环控制时需要多个PI控制器、PI控制参数难以调节以及自适应差等问题,阐述了反馈线性化控制方法基本原理,分析了该方法提高D-STATCOM动态性能的机理,建立了D-STATCOM动态模型,提出了将D-STATCOM非线性系统精确线性化以实现原系统有功电流和无功电流的解耦控制设计方案.仿真结果表明,反馈线性化控制器具有良好的动态补偿特性,稳态性能好,能满足配电网电压控制的要求.     

高温质子交换膜燃料电池堆的建模与仿真

高温质子交换膜燃料电池相较于传统质子交换膜燃料电池具有更快的电化学动力性,简易的水热管理以及较强的耐CO能力等优点,因此已成为燃料电池研究工作的新热点。建立了高温质子交换膜燃料电池堆的模型,研究单电池数量、电流密度、阳极进气湿度等因素对电池堆性能的影响。研究表明,Z型结构电池堆内阳极气体质量流量分布比较一致,阴极气体质量流量分布呈中间低,两侧高的趋势。单电池数量、电流密度的增大会引起气体分布不均匀性的增强,进而使电池堆电压不均匀性增大;阳极进气湿度的变化主要影响电池欧姆损失。     

质子交换膜燃料电池机理与ANN混合模型的建模与仿真分析

提出了一种新型的混合燃料电池模型,描述了该混合模型包括机理部分和黑箱部分(即神经网络部分).机理部分用来体现质子交换膜燃料电池性能,神经网络部分用来表现所不知或者不能用机理模型来表现出来的质子交换膜燃料电池性能,认为可以再现质子交换膜燃料电池的各种特性.仿真结果表明,该混合质子交换膜燃料电池模型具有比单独的机理模型或神经网络模型更高的精度.     

静止同步补偿器的非线性鲁棒H∞控制

研究静止同步补偿器的非线性鲁棒控制器的设计.给出静止同步补偿器的动态模型,并针对模型的不确定因素及非线性,分两步设计系统控制器.首先应用微分几何方法对模型线性化,得到系统的精确线性化模型.然后针对上述线性化模型设计系统的鲁棒H∞控制器.应用线性化方法中的坐标变换和状态反馈得到静止同步补偿器的鲁棒控制.最后给出一个仿真研究结果.