[发明专利]一种固体氧化物燃料电池系统多模态分析模型建模方法

说明书

本发明公开了一种固体氧化物燃料电池系统多模态分析模型建模方法，属于固体氧化物燃料电池技术领域。本发明依据固体氧化物燃料电池系统工作机理搭建出系统初始状态机理模型；再分析固体氧化物燃料电池系统性能衰减与故障演变机制，通过机理分析辨识与物理等效方法搭建出固体氧化物燃料电池系统性能衰减模型与故障演变机制模型；之后将性能衰减模型与故障演变机制模型嵌入固体氧化物燃料电池系统初始状态机理模型构建固体氧化物燃料电池系统多模态分析模型；最后将固体氧化物燃料电池系统的实验数据导入到所述多模态分析模型中来辨识所述多模态分析模型参数。本发明解决了固体氧化物燃料电池系统多模态建模问题，适用于科学研究和实际工程应用。

技术领域

本发明属于固体氧化物燃料电池技术领域，更具体地，涉及一种固体氧化物燃料电池系统多模态分析模型建模方法。

背景技术

固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell，SOFC)是一种在中高温下直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能高效、环境友好地转化成电能的全固态化学发电装置，它高效、无污染、无机械振动和对多种碳氢燃料气体具有广泛适应性等特点，使之成为21世纪最具吸引力的绿色发电方式之一。

SOFC可用于民用固定电站、空降宇航、热电回用、交通和其他许多领域，其研究与开发在80年代以后得到蓬勃发展。一些发达国家如美国、德国、日本等均投入大量人力物力致力于SOFC系统发电的研究与开发，最终目标是实现SOFC的商业化。SOFC国际上一些具有代表性的科研机构与公司的SOFC技术水平都日趋完善，也有能够连续运行数万小时而不衰减的成功记录，但是这些数据都是在试验台的恒温条件下获得的，当其成为系统走向实际工程应用时因运行环境条件恶劣，SOFC可能出现多种性能衰减与故障机制，使得系统的性能无法与试验台获得的相提并论。

从长远来看，只有从系统的角度对每一种可能发生的性能衰减与故障情形都进行针对性的展开机制分析，搭建出带有性能衰减与故障演变机制的SOFC系统多模态分析模型，才能够在系统实际运行中及时辨识、预测和处理相应的衰减与故障事件，进而有效提高SOFC系统的长期运行寿命以及降低系统维护成本。

此外，由于目前重点关注的SOFC系统性能与故障演变机制存在较大的独立性，即各种机制之间是并行逻辑，当前还没有建立耦合关系或是因果关系，但随着相关研究的不断深入，不同性能衰减与故障演变机制之间的关系会逐渐变得清晰。因此，在进行SOFC系统建模时采用多模态建模的方法，利用Stateflow的事件触发逻辑实现系统模型不同故障状态之间的切换，这样既便于不同故障机制的扩充与删改，同时也为未来更加复杂的衰减故障演变机制留下条件转移的空间。但目前在带有性能衰减与故障演变机制的SOFC系统多模态分析模型的建模与分析领域的研究尚属空白。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种固体氧化物燃料电池系统多模态分析模型建模方法，其目的在于基于Matlab/Stateflow平台，搭建固体氧化物燃料电池系统的初始状态机理模型，并在此基础上，建立基于性能衰减与故障演变机制的子模型，将其嵌入到初始状态机理模型中，通过仿真分析与实验数据进行对比，验证该模型的准确性，解决了带有性能衰减与故障演变机制的固体氧化物燃料电池系统多模态建模问题，适用于科学研究和实际的工程应用。

为实现上述目的，本发明提供了一种固体氧化物燃料电池系统多模态分析模型建模方法，所述方法包括以下步骤：

(1)依据固体氧化物燃料电池系统工作机理搭建出系统初始状态机理模型；

(2)分析固体氧化物燃料电池系统性能衰减与故障演变机制，通过机理分析辨识与物理等效方法搭建出固体氧化物燃料电池系统性能衰减模型与故障演变机制模型；

(3)将性能衰减模型与故障演变机制模型嵌入固体氧化物燃料电池系统初始状态机理模型构建固体氧化物燃料电池系统多模态分析模型；

(4)将固体氧化物燃料电池系统的实验数据导入到所述多模态分析模型中来辨识所述多模态分析模型参数。