控制理论与应用

作者：张琳,汪枫,谢超,唐文辉,方群乐,谢洪途

单位：空军预警学院,空军预警学院,空军预警学院,空军预警学院,空军预警学院,中山大学

关键词：SOFC电堆; 建模仿真; 状态空间方程; 安全操作; 预测控制器

基金：国家自然科学基金项目(61801510), 湖北省自然科学基金青年项目(2019CFB263), 冶金自动化与检测技术教育部工程研究中心2019年度开放基金 项目(MADT0F2019B02)资助.

基于5 kW固体氧化物燃料电池(SOFC)电堆, 考虑建模仿真—2温度层模型在模型精度与复杂度上做了更好的折中, 可以更有效地应用于控制器设计. 本文首先对2温度层模型在常用稳态工作点附近采用泰勒级数展开, 获得其状态空间方程. 然后考虑其安全操作特性, 设计了两种带约束的预测控制器: 即面向SOFC电堆的快速负载跟踪与燃料亏空控制器与面向SOFC电堆温度安全的控制器. 重点分析了不同切换速率工况下的温度及其梯度、功率以及燃料亏空特性, 使得系统在快速进行功率跟踪的同时工作在安全范围以内. 结果发现随着电流调节速率的增大, 跟踪过程虽然加快, 但其存在安全风险也相应增大; 此外, 安全指标相对避免燃料亏空指标而言, 对电流调节速率的要求更加苛刻, 在控制器设计时必须综合进行考虑.

来源：2021年第8期

《控制理论与应用》期刊编辑部

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