[发明专利]一种固体氧化物燃料电池的优化控制系统及其控制方法

说明书

本发明涉及一种固体氧化物燃料电池的优化控制系统及其控制方法，在固体氧化物燃料电池上设置第一反馈控制模块用于保证固体氧化燃料电池整体运行的稳定性、安全性，以及快速跟踪控制设定功率变化；接着设置第二反馈控制模块控制第三被控变量来调节第二被控变量的设定值，经第一反馈控制模块的调节，初步优化调控第一流量控制阀和第二流量控制阀；同时设置第三反馈控制模块进一步调节第三被控变量的设定值，补偿第三被控变量设定值的不确定性，经第二反馈控制模块和第一反馈控制模块实现第一流量控制阀和第二流量控制阀的最优控制，从而提高燃料电池的运行效率，降低运行成本，同时降低二氧化碳排放量。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，具体而言，涉及一种固体氧化物燃料电池的优化控制系统及其控制方法。

背景技术

固体氧化物燃料电池能直接将天然气所含的化学能转化为电能，具有规模小、高效率、无污染、易于便携式应用等优点，在军事、交通、电力等多个行业具有广阔应用前景。但现有固体氧化物燃料电池的制造、运行和维护的成本较高，以现有技术仍难以大规模商业化应用。如何降低成本是推动燃料电池商业化应用的关键问题。

除燃料电池的结构设计、制造材料、工艺设计等因素外，控制策略对燃料电池的运行性能和经济成本也具有重要影响。针对固体氧化物燃料电池的反馈控制问题，目前大多数控制方案以电池的温度、输出电压、燃料利用率或空燃比为被控变量。这些控制方案主要是为了维持电池的安全运行，或快速跟踪电池的输出功率设定值等常规控制需求，在操作条件不断变化的情况下，难以保证电池的工作效率处于最优状态。

发明内容

本发明解决的问题是如何在满足燃料电池的常规控制需求的基础上，显著提高燃料电池的运行效率，降低运行成本，同时降低二氧化碳排放量。

为解决上述问题，本发明提供一种固体氧化物燃料电池的优化控制系统，包括：

固体氧化物燃料电池，所述固体氧化物燃料电池上设有温度传感器得到第一被控变量；

电压表，所述电压表的一端与固体氧化物燃料电池的阴极电连接，所述电压表的另一端与固体氧化物燃料电池的阳极电连接，用于测量固体氧化物燃料电池的输出电压；

空气输送通道，与对应固体氧化物燃料电池阴极的一端接通，用于输送空气进入固体氧化物燃料电池进行化学反应；

燃料输送通道，与对应固体氧化物燃料电池的阳极的一端接通，用于输送燃料进入固体氧化物燃料电池进行化学反应；

燃料输出通道，与对应固体氧化物燃料电池阴极的一端接通，用于输出固体氧化物燃料电池化学反应后的燃料混合气体排放物，所述燃料输出通道的通道口处设有用于得到第二被控变量的氢气含量传感器，所述燃料输出通道的通道口处还设有二氧化碳含量传感器，通过测量二氧化碳含量、氢气含量以及固体氧化物燃料电池输出电压计算得到第三被控变量；

空气输出管道，与对应固体氧化物燃料电池阳极的一端接通，用于输出固体氧化物燃料电池化学反应后的空气混合气体排放物；

第一流量控制阀，接通在燃料输送通道上，用于控制燃料输送通道输入的燃料流量；

第二流量控制阀，接通在空气输送通道上，用于控制空气输送通道输入的空气流量；

第一反馈控制模块，包括第一反馈控制器和第二反馈控制器，所述第一反馈控制器分别与温度传感器、第一流量控制阀电连接，所述第一反馈控制器与第一被控变量配合用于控制第一流量控制阀；所述第二反馈控制器分别与空气输出管道、第二流量控制阀连接，所述第二反馈控制器与第二被控变量配合用于控制第二流量控制阀；

第二反馈控制模块，包括第三反馈控制器，所述第三反馈控制器分别与氢气含量传感器、第二反馈控制器电连接，所述第三反馈控制器用于计算并控制第三被控变量以调节第二被控变量的设定值；