【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及氫能與燃料電池，尤其涉及一種基于mpc算法的燃料電池水熱管理控制方法及控制系統。
技術介紹
1、燃料電池作為化學發電裝置，由于其發生化學反應的質子交換膜比較薄，同時反應過程中會產生大量的熱量，隨著所需發電功率的波動性帶來的擾動易導致燃料電池內部出現高溫，嚴重影響燃料電池的使用壽命，傳統的燃料電池水熱管理控制方法隨著發電大功率加載時溫度控制容易出現嚴重的滯后性，易導致出入口溫度差值過大，無法保障燃料電池系統的可靠性運行。
技術實現思路
1、本專利技術的目的在于：提供一種基于mpc算法的燃料電池水熱管理控制方法，其可有效地對燃料電池系統的出入口溫度進行優化控制，從而達到均衡發電功率變化造成的系統波動，提高燃料電池系統的可靠性。
2、為了實現上述目的，本專利技術的解決方案如下：
3、一種基于mpc算法的燃料電池水熱管理控制方法，包括如下步驟：
4、步驟s1,采集燃料電池的實時出入口溫度、發電電流、風扇轉速和水泵轉速數據作為預測樣本空間，建立與燃料電池實時溫度有關的物理模型；
5、步驟s2、根據燃料電池系統水熱管理控制的延遲性，建立優化控制模型的目標傳遞函數；
6、步驟s3、根據入口溫度、出口溫度和燃料電池需求功率增益變化率的歷史數據，對未來燃料電池系統的溫度趨勢進行預測；
7、步驟s4、通過mpc算法對預測模型進行滾動優化和反饋校正，將預測到的溫度變化趨勢與溫度傳感器測量的真實數據進行融合，得到融合后的
8、步驟s5、根據最優輸出變化量分別調節風扇和水泵的轉速，以達到燃料電池系統實時控溫的效果。
9、上述步驟s1中，建立的燃料電池入口處溫度t0(k)和出口處溫度t1(k)的物理模型為：
10、
11、式中：t0(k-1)為燃料電池系統進水口溫度，t1(k-1)為燃料電池系統出水口溫度，v0(k-1)為散熱器風扇轉速，v1(k-1)為水泵的轉速，△u(k-1)為燃料電池發電電流變化率，a和b分別為增益系數。
12、上述步驟s2中，根據燃料電池溫度系統滯后性，建立的優化控制模型的目標傳遞函數為：
13、
14、其中，為k時刻系統入口溫度的預測值，為k時刻系統出口溫度的預測值；
15、系統入口溫度波動的懲罰函數；其中，α、β分別為入口溫度的斜率和曲率的懲罰系數；
16、為燃料電池系統發電功率變化一次的出口溫度約束，γ為發電功率變化一次導致出口溫度波動的懲罰系數；
17、燃料電池水熱管理優化控制模型為：
18、
19、
20、τ＝k,…,k+t-1
21、其中，δt為設定的燃料電池出入口的溫度差固定值；
22、上述的步驟s4中，采用mpc控制算法對燃料電池水熱管理系統的預測模型進行滾動優化和反饋校正，具體的計算流程如下：
23、步驟b1，預測模型的滾動優化，在mpc算法運行的一段時間內，在每個采樣周期中，對相鄰時刻內燃料電池系統入口溫度t0和出口溫度t1進行最優化處理，找到預測值的最優控制序列，以預測下一刻的系統出入口溫度值，根據下一刻的出入口溫度預測值得出被控對象的被控變量，并進行下一次的預測初始化，如此跟隨優化時間繼續迭代推進；
24、步驟b2，預測模型的反饋校正，在每個預測采樣周期過程中，通過實時采集燃料電池系統出入口溫度測量值，對預測模型產生的溫度趨勢誤差進行一定的補償，將采集的燃料電池發電電流變化量作為擾動量，通過模型反饋對其進行校正。
25、本專利技術還涉及一種基于mpc算法的燃料電池水熱管理控制系統，包括上述基于mpc算法的燃料電池水熱管理控制方法的控制器、控制模塊或控制子系統。
26、綜上所述，由于采用了上述技術方案，本專利技術的有益效果是：
27、1、本專利技術利用mpc算法控制燃料電池系統的溫度，可以有效抑制因需求電流擾動導致的對燃料電池系統輸出精度的影響，根據燃料電池出入口溫度歷史信息建立了溫度預測模型，降低了大時間常數對系統穩定性的影響，避免了燃料電池系統內部因控制滯后導致的過溫問題，具有較好的魯棒性，提升了燃料電池系統的可靠性。
28、2、本專利技術采用mpc算法對燃料電池出入口溫度預測值進行滾動優化，針對需求電流的突變擾動，采用反饋校正的方法，實現對大慣性燃料電池系統出入口溫度的控制，相較于傳統控制方法，本方法解決了溫度控制的大時間常數產生的系統滯后性，提升溫度控制的時效性，有助于提高燃料電池系統的耐久性，延長系統的使用壽命，保證燃料電池系統的可靠性。
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1.一種基于MPC算法的燃料電池水熱管理控制方法，其特征在于：包括如下步驟：
2.根據權利要求1所述的基于MPC算法的燃料電池水熱管理控制方法，其特征在于：所述的步驟S1中，建立的物理模型如下：
3.如權利要求1所述的一種基于MPC算法的燃料電池水熱管理控制方法，其特征在于：在步驟S2中，根據燃料電池溫度系統滯后性，建立的優化控制模型的目標傳遞函數為：
4.如權利要求1所述的基于MPC算法的燃料電池水熱管理控制方法，其特征在于：所述的步驟S4中，采用MPC控制算法對燃料電池水熱管理系統的預測模型的滾動優化和預測模型的反饋校正。
5.根據權利要求1所述的基于MPC算法的燃料電池水熱管理控制方法，其特征在于：預測模型的滾動優化包括，在MPC算法運行的一定時間內，在每個采樣周期中，對相鄰時刻內燃料電池系統入口溫度T0和出口溫度T1進行最優化處理，找到預測值的最優控制序列，以預測下一刻的系統出入口溫度值，根據下一刻的出入口溫度預測值得出被控對象的被控變量，并進行下一次的預測初始化，如此跟隨優化時間繼續迭代推進。
6.根據權利要求
7.一種基于MPC算法的燃料電池水熱管理控制系統，其特征在于：包括用于運行權利要求1-6任一項所述的基于MPC算法的燃料電池水熱管理控制方法的控制器、控制模塊或控制子系統。
...【技術特征摘要】
1.一種基于mpc算法的燃料電池水熱管理控制方法，其特征在于：包括如下步驟：
2.根據權利要求1所述的基于mpc算法的燃料電池水熱管理控制方法，其特征在于：所述的步驟s1中，建立的物理模型如下：
3.如權利要求1所述的一種基于mpc算法的燃料電池水熱管理控制方法，其特征在于：在步驟s2中，根據燃料電池溫度系統滯后性，建立的優化控制模型的目標傳遞函數為：
4.如權利要求1所述的基于mpc算法的燃料電池水熱管理控制方法，其特征在于：所述的步驟s4中，采用mpc控制算法對燃料電池水熱管理系統的預測模型的滾動優化和預測模型的反饋校正。
5.根據權利要求1所述的基于mpc算法的燃料電池水熱管理控制方法，其特征在于：預測模型的滾動優化包括，在mpc算法運行的一定時間內，在每個采...
【專利技術屬性】
技術研發人員：馮海明，梁滿志，李英，
申請(專利權)人：蘇州博盛氫能源科技有限公司，
類型：發明
國別省市：
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