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专利号: 2021106118149
申请人: 青岛大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 基本电气元件
更新日期:2024-10-29
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种多堆燃料电池系统净输出功率增量分配方法,其特征在于,包括如下步骤:S1.系统控制参量初始化,包括多堆燃料电池系统初始虚拟净输出功率参量初始化、调控序列参量和实际净输出功率参量初始化;

S2.系统故障容错更新,包括针对故障单堆燃料电池系统退出运行时与修复单堆燃料电池系统恢复运行时的多堆燃料电池系统初始净输出功率参量和调控序列参量更新;

S3.基于系统功率需求定位的多堆燃料电池系统全局净输出功率增量计算,包括基于系统功率需求定位的多堆燃料电池系统有效净输出功率需求计算,以及在此基础上的多堆燃料电池系统全局净输出功率增量计算。

2.根据权利要求1所述的一种多堆燃料电池系统净输出功率增量分配方法,其特征在于,所述步骤S1中,多堆燃料电池系统初始虚拟净输出功率参量初始化的过程具体为:S101.根据多堆燃料电池系统净输出功率与多堆燃料电池系统氢耗量实测数据,拟合得到如式(1)所示各单堆燃料电池系统的等效氢耗率模型:其中,p2、p1和p0分别表示单堆燃料电池系统等效氢耗率模型的二次项系数、一次项系数和常数项系数;Pnet表示单堆燃料电池系统的净输出功率;HCR(Pnet)表示单堆燃料电池系统在当前净输出功率下的氢耗率;

S102.基于双堆等效迭代思想,根据式(2)计算等效双堆虚拟净输出功率增量:其中,ΔPj,n表示第j个单堆燃料电池系统的虚拟净功率增量, 表示由其余单堆燃料电池系统组成的等效单堆燃料电池系统的虚拟净输出功率增量,p2,j和 分别表示第j个单堆燃料电池系统和等效单堆燃料电池系统的氢耗率模型的二次项系数,ΔPMFCS,n表示多堆燃料电池系统的总功率需求;系数kj如式(3)所示:S103.根据式(4)所示第j个单堆燃料电池系统虚拟净输出功率和等效单堆燃料电池系统虚拟净输出功率的迭代形式,迭代得到第j个单堆燃料电池系统虚拟净输出功率Pj,n和等效单堆燃料电池系统虚拟净输出功率

其中,γc表示引入的一个收敛增益系数;

式(2)中HCMFCS对Pj的导数迭代估计如式(5)所示:其中,n为迭代步数, 和 分别表示第j个单堆燃料电池系统虚拟净输出功率的估计值及其一阶导数和二阶导数; 表示第n‑1步迭代时第j个单堆燃料电池系统虚拟净输出功率估计值; 和 分别表示第n步迭代和第n‑1步迭代时第j个单堆燃料电池系统虚拟净输出功率增量的估计值;Pd表示各单堆燃料电池系统在最小净功率输出{Pmin,j}(j=1,...,m)下的多堆燃料电池系统功率需求,m为多堆燃料电池系统中的单堆燃料电池系统个数;Δt表示迭代过程的迭代步长;κ1和κ2为增益参数;p1,j和 分别表示第j个单堆燃料电池和等效单堆燃料电池系统氢耗率模型的一次项系数,其中 的表达式如式(6)所示:

其中,p2,j‑1和 分别表示第j‑1个单堆燃料电池和等效单堆燃料电池系统氢耗率模型的二次项系数;p1,j‑1和 分别表示第j‑1个单堆燃料电池和等效单堆燃料电池系统氢耗率模型的一次项系数;

当HCMFCS对Pj的导数迭代估计值下降至指定阈值时,此时有Pinit,j=Pj,n;其中,Pinit,j为第j个单堆燃料电池系统的虚拟净功率初始值。

3.根据权利要求2所述的一种多堆燃料电池系统净输出功率增量分配方法,其特征在于,所述步骤S1中,调控序列参量包括多堆燃料电池系统的功率分配使能序列,以及与多堆燃料电池系统的功率分配使能序列对应的单堆燃料电池系统使能序列;还包括多堆燃料电池系统的功率分配禁能序列,以及与多堆燃料电池系统的功率分配禁能序列对应的单堆燃料电池系统禁能序列。

4.根据权利要求3所述的一种多堆燃料电池系统净输出功率增量分配方法,其特征在于,所述多堆燃料电池系统调控序列参量和实际净输出功率参量初始化的具体过程为:首先,多堆燃料电池系统的功率分配使能序列计算如式(7)所示,其中,PDES,i为多堆燃料电池系统的分配使能序列的第i个序列值,对应于使能按照式(8)所示使能功率增量序列{ΔPDES,i}(i=1,…,m)降序排列后第i个序列增量对应的单堆燃料电池系统,

进而,与原始使能功率增量序列{ΔPDES,i}(i=1,…,m)同步排序,得到多堆燃料电池系统的单堆燃料电池系统使能序列{IDES,i}(i=1,…,m);

同时,得到更新的多堆燃料电池系统实际净输出功率参量初始值,如式(9)所示,其中, 为多堆燃料电池系统中根据各单堆燃料电池系统等效氢耗率模型二次项系数升序排序的第i个单堆燃料电池系统的实际净输出功率参量更新初始值;

多堆燃料电池系统的功率分配禁能序列计算如式(10)所示,其中,PDDS,i为多堆燃料电池系统的分配禁能序列的第i个序列值,对应于禁能按照式(11)所示禁能功率增量序列{ΔPDDS,i}(i=1,…,m)升序排列后第i个序列增量对应的单堆燃料电池系统,

其中,Pmax,i表示第i个序列值对应的单堆燃料电池系统的最大净输出功率;

进而,与原始禁能功率增量序列{ΔPDDS,i}(i=1,…,m)同步排序,得到多堆燃料电池系统的单堆燃料电池系统禁能序列{IDDS,i}(i=1,…,m)。

5.根据权利要求4所述的一种多堆燃料电池系统净输出功率增量分配方法,其特征在于,所述步骤S2中,故障单堆燃料电池系统退出运行时的多堆燃料电池系统初始净输出功率参量和调控序列参量更新的具体步骤为:当第i个单堆燃料电池系统故障退出运行时,对原分配使能序列{PDES,j}(j=1,…,m)中的第i+1至第m个序列值的更新如式(12)所示:其中, 为原分配使能序列第j+1个序列值PDES,j+1对应的更新值;

同时,对原分配禁能序列{PDDS,j}(j=1,…,m)中的第i+1至第m个序列值的更新如式(13)所示:

步骤1:

步骤2:

其中, 为原分配禁能序列第j+1个序列值PDDS,j+1对应的过程更新值; 为原分配禁能序列第j+1个序列值PDDS,j+1对应的最终更新值。

6.根据权利要求5所述的一种多堆燃料电池系统净输出功率增量分配方法,其特征在于,所述步骤S2中,当修复单堆燃料电池系统恢复运行时,多堆燃料电池系统初始净输出功率参量和调控序列参量更新与步骤S1相同。

7.根据权利要求6所述的一种多堆燃料电池系统净输出功率增量分配方法,其特征在于,所述步骤S3中,基于系统功率需求定位的多堆燃料电池系统全局净输出功率增量计算的具体步骤为:

当多堆燃料电池系统的功率需求PMFCS≤PDES,1时,此时所有单堆燃料电池系统均不参与功率调控,所有单堆燃料电池系统的净输出功率满足Pn,i=Pmin,i(i=1,…,m);

当多堆燃料电池系统的功率需求PMFCS∈(PDES,i‑1,PDES,i)时,多堆燃料电池系统的修正功率需求增量ΔPt如式(14)所示:其中,PMFCS为多堆燃料电池系统的功率需求, 为对应于单堆燃料电池系统使能序列中第j个单堆燃料电池系统的最小净输出功率, 为对应于单堆燃料电池系统使能序列中第j个单堆燃料电池系统的初始净输出功率的最终更新值;

进而,每个单堆燃料电池系统的净输出功率如式(15)所示:当多堆燃料电池系统的功率需求PMFCS∈(PDES,m,PDDS,1)时,所有单堆燃料电池系统的净输出功率增量按照式(16)计算:

进而,每个单堆燃料电池系统的净输出功率如式(17)所示:当多堆燃料电池系统的功率需求PMFCS∈(PDDS,i‑1,PDDS,i)时,多堆燃料电池系统的修正功率需求增量ΔPt如式(18)所示:其中,PMFCS为多堆燃料电池系统的功率需求, 为对应于单堆燃料电池系统禁能序列中第j个单堆燃料电池系统的最大净输出功率, 为对应于单堆燃料电池系统禁能序列中第j个单堆燃料电池系统的初始净输出功率的最终更新值;

进而,每个单堆燃料电池系统的净输出功率如式(19)所示:当多堆燃料电池系统的功率需求PMFCS≥PDDS,m时,所有单堆燃料电池系统均不参与调控,此时每个单堆燃料电池系统的净输出功率为Pn,i=Pmax,i。