固體氧化物燃料電池（SOFC）是一種新型的清潔能源,對其進(jìn)行建模和控制方面的研究將會對實際的并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)產(chǎn)生重大影響。本文基于SOFC單電池的發(fā)電原理及其實際運行狀況,在合理的假設(shè)條件下,結(jié)合理想氣體狀態(tài)方程與質(zhì)量守恒定律,同時通過引入兩個可調(diào)參數(shù),即氫氣的利用率Q_f和氫氣與氧氣的配比M,建立了用于控制的SOFC單電池的可調(diào)參數(shù)模型。本文重點對SOFC單電池的PID控制策略以及智能控制方法進(jìn)行了研究。文中首先應(yīng)用PID對SOFC單電池的輸出電壓進(jìn)行了控制,并應(yīng)用湊試法實現(xiàn)PID的整定,但是湊試法需要憑借用戶固有經(jīng)驗多次改變參數(shù)K_P、K_I、K_D的數(shù)值并不斷分析SOFC單電池輸出電壓的變化,另外當(dāng)外界條件變化對電池造成影響時需要重新整定PID,此過程浪費了大量時間且參數(shù)配備不合適時很難達(dá)到較好的控制效果。因此,本文對SOFC的智能控制算法進(jìn)行了研究,在確定出參數(shù)K_P、K_I、K_D的合理取值范圍的基礎(chǔ)上,分別設(shè)計了粒子群算法、遺傳算法實現(xiàn)對P... 

【文章來源】：西北民族大學(xué)甘肅省

【文章頁數(shù)】：54 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

SOFC發(fā)電原理示意圖

精等，而以上提供的燃料均會在電池運行的高溫條件下發(fā)生重整反應(yīng)生成富氫氣體，然后富氫氣體與空氣通道中的氧氣反應(yīng)，轉(zhuǎn)換過程中涉及的化學(xué)反應(yīng)方程式如下，陰極：1/2O2＋2e－→O2－，陽極：H2＋O2－→H2O＋2e－，總化學(xué)反應(yīng)：2H2＋O2→2H2O。2.2SOFC電化學(xué)模型的建立考慮到SOFC內(nèi)部結(jié)構(gòu)及化學(xué)反應(yīng)的復(fù)雜性和外部條件的多變性，需要在合O2-陰極：1/2O2+2e-→O2-固體電解質(zhì)陽極：H2+O2-→H2O+2e-空氣通道燃料通道O2H2空氣富氫氣體空氣廢氣燃?xì)鈴U氣負(fù)載圖2.1SOFC發(fā)電原理示意圖

第2章固體氧化物燃料電池的電特性建模14應(yīng)，造成了能源浪費�？烧{(diào)參數(shù)M在理想狀態(tài)下數(shù)值為2，但在實際的SOFC系統(tǒng)中為了使電化學(xué)反應(yīng)更加完全，同時滿足SOFC正常工作時的安全極限壓差，會適量增加氧氣的進(jìn)量。因而在本論文中，取Qf=85%，M=1.2（此參數(shù)可依據(jù)實際情況進(jìn)行調(diào)整），在此限定條件下分析SOFC的輸入輸出特性。應(yīng)用SIMULINK中的模塊搭建的SOFC單電池的可調(diào)參數(shù)模型如圖2.3所示。在建立的SOFC單電池可調(diào)參數(shù)模型中，SOFC單電池的輸出電壓與氫氣的輸入摩爾流量、水蒸氣的輸入摩爾流量有關(guān)，為了討論單一輸入變量與SOFC單電池輸出電壓間的關(guān)系，需要將另一輸入變量固定后進(jìn)行分析。在Qf=85%，M=1.2，nH2Oin(q3)=1.5mol/s時，得到氫氣輸入摩爾流量與SOFC單電池的輸出電壓與功率間的關(guān)系，如圖2.4、圖2.5所示。從圖2.4中可以得到，當(dāng)氫氣的輸入摩爾流量從0mol/s增加到0.283mol/s時，SOFC單電池的輸出電壓由0.8V增加到0.832V；當(dāng)氫氣的輸入摩爾流量從0.283mol/s繼續(xù)增大時，SOFC單電池的輸出電壓會持續(xù)降低。圖2.4說明在SOFC實際系統(tǒng)中，存在一個最優(yōu)的氫氣輸入摩爾流量使SOFC單電池的輸出電壓最大。從圖2.5中可以得到，當(dāng)氫氣的輸入摩爾流量從0mol/s增加到3.08mol/s時，SOFC單電池的功率由0W增加到3.08W；當(dāng)氫氣的輸入摩爾流量從3.08mol/s增加到6mol/s時，SOFC單電池的功率由3.08W開始緩慢降低；當(dāng)氫氣的輸入圖2.2SIMULINK中搭建的SOFC單電池電化學(xué)模型圖2.3SIMULINK中搭建的SOFC單電池可調(diào)參數(shù)模型

【參考文獻(xiàn)】：
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碩士論文
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本文編號：3041712