[发明专利]一种提高SOFC系统寿命的控制优化方法和系统有效

专利信息
申请号: 202011498683.X 申请日: 2020-12-17
公开(公告)号: CN112736268B 公开(公告)日: 2022-02-15
发明(设计)人: 蒋建华;秦宏川;汪浩;徐豪;成喆;李曦;邓忠华;李箭 申请(专利权)人: 华中科技大学
主分类号: H01M8/04298 分类号: H01M8/04298;H01M8/04313
代理公司: 华中科技大学专利中心 42201 代理人: 胡秋萍;李智
地址: 430074 湖北*** 国省代码: 湖北;42
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摘要:
搜索关键词: 一种 提高 sofc 系统 寿命 控制 优化 方法
【权利要求书】:

1.一种提高SOFC系统寿命的控制优化方法,其特征在于,该方法包括:

(S1)将SOFC系统的输入作为决策变量,即一组操作点,所述一组操作点包括电堆电流、重整器烟气分流比、燃烧室燃料旁路流量、空气旁路流量、燃料流量和空气流量,将SOFC系统效率最大作为优化目标,求得不同目标功率、不同目标关键状态量下,能使系统满足温度约束、效率最大且满足目标功率和目标关键状态量的最优操作点;

(S2)向SOFC系统衰减模型输入最优操作点集合,获得衰减模型在不同输入的情况下,系统三个关键状态量及输出数据,三个关键状态量包含电堆平均温度、电堆最大温度梯度、燃料利用率,输出数据包含衰减速率、系统效率、系统输出功率和系统运行时间;

(S3)根据所获得的输入输出数据,在不同目标功率下,获得衰减速率与三个关键状态量之间一对三的映射关系;

(S4)选取衰减速率小于0.02/kh时,对应的三个关键状态量的取值范围,作为三个关键状态量的最优工作区间;

(S5)基于三个关键状态量的最优工作区间对实际SOFC系统进行控制优化;

所述SOFC系统衰减模型为电堆部分的电特性机理中加入SOFC系统输入、时间与电堆衰减电压的关系;所述SOFC系统输入、时间与电堆衰减电压的关系通过预训练模糊神经网络学习得到,所述SOFC系统输入包括:燃料流量、空气流量、电堆电流,预训练过程中模糊神经网络的输入为SOFC系统历史输入和系统运行时间,输出为对应的电堆衰减电压。

2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述SOFC系统衰减模型中电堆电特性表示如下:

χ=1000/(TPEN-273)-1.1463

其中,Vcell为电堆单电池的电压,VOCV为单电池的开路电压,i为单电池的电流密度,αj为多项式系数,j=0,1,2,3,4,χ为电阻温度参数,ΔU为电堆衰减电压,I为电堆电流,TPEN为电堆PEN的温度。

3.如权利要求1所述的方法,其特征在于,通过遗传-粒子群算法求解最优操作点,具体如下:

根据目标功率,首先为操作点定义初始位置;

然后在初始位置周围随机产生操作点组合群体;

根据每个群体的目标函数评估其适应度,将最优群体的操作点组合应用于新一轮迭代的操作点,并以一定的概率遗传之前的操作点;

接着检查是否满足最优目标函数以及约束,若满足则停止检查,否则,继续在新的操作点位置周围随机产生操作点组合群体;

往复迭代,最终获得能使系统满足温度约束、效率最大且满足目标功率的最优操作点。

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