[发明专利]氢燃料电池热电联供单元的控制方法、系统及设备

权利要求书

1.一种氢燃料电池热电联供单元的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取电网和/或热网的调峰需求；

根据所述调峰需求生成调峰信号；

将所述调峰信号输入氢气压缩机的预测控制模型，确定所述空气压缩机的输出信号；

将所述输出信号发送给所述空气压缩机，以便所述空气压缩机按照所述输出信号调节输出给氢燃料电池的氢气压强；

根据所述调峰需求确定需要工作的氢燃料电池单体数量N；

将所述氢燃料电池单体数量发送给氢燃料电池，以便氢燃料电池对所述N个氢燃料电池单体进行PID控制，所述PID控制的控制参数是预先确定的。

2.根据权利要求1所述的氢燃料电池热电联供单元的控制方法，其特征在于所述PID控制的控制参数是通过对氢燃料电池参数辨识模型进行仿真得到的，氢燃料电池参数辨识模型的构建方法步骤如下：

按照设定的阶跃输入值和采样周期对氢燃料电池的开环输入输出进行采样，得到n对输入、输出数据u(k),y(k)；k＝1,2,...,n，所述氢燃料电池开环运行结果包括所述n对输入、输出数据；

设定氢燃料电池模型的阶次为2，纯滞后时间为10，以所述n对输入、输出数据为样本，采用最小二乘法进行氢燃料电池模型的参数估计，得到氢燃料电池参数辨识模型。

3.根据权利要求2所述的氢燃料电池热电联供单元的控制方法，其特征在于，对氢气压缩机模型进行仿真模型预测控制，包括求解氢气压缩机的预测控制模型的模型参数，所述氢气压缩机模型采用受控回归积分滑动平均模型，具体如下：

采用最小方差控制中所用的受控自回归积分滑动平均模型来描述氢气压缩机，如下：

其中，

q^-1是后移算子；y(k)q^-1＝y(k-1)；Δ＝1-q^-1为差分算子；ξ(k)是一个独立的随机噪声序列；

其最优预测表达式为：

y(k+j)＝y^*(k+j|k)+E(q^-1)ξ(k+j)(10)

其中，y(k+j)是未来k+j时刻的实际输出；y^*(k+j|k)使未来k+j时刻的预测最优输出，E_j(q^-1)＝e_j,0+e_j,1q^-1+…+e_j,j-1q^-(j-1)，E_j由A(q^-1)和预测长度j唯一确定；ξ(k+j)是未来k+j时刻的噪声；

滚动优化采用的是对输出误差和控制增量加权的二次型性能指标对输出预测模型进行修正，得到：

Δu＝(G^TG+λI)^-1G^T(y_r-y₁)(11)

其中，Δu＝[Δu(k),Δu(k+1),…Δu(k+N_u-1)]^T；Δu表示当前控制作用；

y_r＝[y_r(k+N₁),y_r(k+N₁+1),…y_r(k+N₂)]^T；

y₁＝[y₁(k+N₁),y₁(k+N₁+1),…y₁(k+N₂)]^T；

λ为控制增量加权系数；

则当前的氢气压缩机输入u(k)为：

u(k)＝u(k-1)+[1,0,…,0](G^TG+λI)^-1G^T(y_r-y₁)(12)

然后通过在线辨识与反馈校正所得到的：

y(k)＝φ^T(k)θ+ξ(k)(13)

用带遗忘因子的递推最小二乘法(RLS)来估计模型参数θ值，最终得到在线辨识后的y(k)，将该在线辨识后的y(k)代入公式中，然后通过推导得到校正后的u(k)，通过校正后的u(k)控制当前氢气压缩机的输入，通过在线反馈校正保证其预测结果输出的准确性，进而得到氢气压缩机精准控制模型。