【摘 要】
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随着世界经贸的腾速发展,人类对能源的需求日渐增加,开发和利用新型的清洁可再生能源势在必行。人们认为氢能是目前最具研发价值的能源,它是一种安全高效、清洁无污染的可再生能源。PEMFC在发生电化学反应时直接将氢能转变为电能并释放出热量,只有水是反应的副产物,而且整个反应过程不涉及热机过程。所以不受卡诺循环的影响,是真正意义上的环境友好型新型发电装置。目前经典的9阶模型阶数过高,参数变量过多,在进行控制
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随着世界经贸的腾速发展,人类对能源的需求日渐增加,开发和利用新型的清洁可再生能源势在必行。人们认为氢能是目前最具研发价值的能源,它是一种安全高效、清洁无污染的可再生能源。PEMFC在发生电化学反应时直接将氢能转变为电能并释放出热量,只有水是反应的副产物,而且整个反应过程不涉及热机过程。所以不受卡诺循环的影响,是真正意义上的环境友好型新型发电装置。目前经典的9阶模型阶数过高,参数变量过多,在进行控制时设计复杂,计算量大,不适用于控制策略的研究。而PEMFC系统在动态模型的基础上才能准确地分析各种辅助设备的功率损耗,以及电池输出的最佳状态,所以建立一个包含PEMFC电堆输出特性的面向控制6阶发电系统模型。与经典9阶PEMFC系统模型相比,6阶模型输出状态能够较好地与经典九阶模型的输出相吻合,仅存在较小的误差,能够相对准确的反应PEMFC发电系统的运行状态,证实了6阶PEMFC发电系统模型的有效性。由于PEMFC发电系统氧饱和度的准确计算取决于内部不可测量状态的估计精度,为解决系统在外部扰动下精确估算氧饱和度的问题,提出一种与系统状态相对度的混合多阶滑模观测器（Hybrid Multi-order sliding mode observe,HMSMO）来估计PEMFC发电系统氧饱和度。该方法根据系统状态相对度的不同混合了超螺旋滑模算法和拟连续的高阶滑模算法使测量状态误差在有限时间内收敛,进而保证内部不可测变量在误差范围内迅速跟随系统实际值,实现氧饱和度的准确估计,为空气系统的供氧量调节奠定基础。通过对比实验分析表明,考虑了动态加减载状况和测量噪声扰动的条件下,所提出的方法能够快速跟踪燃料电池的状态变量,并且对测量噪声不敏感,有强鲁棒性能,可以实现氧饱和度的准确估计。为解决PEMFC发电系统空气压缩机寄生损耗与快速供给空气流量之间的关联耦合问题,并实现系统净功率提升及其波动抑制,提出一种运用HMSMO和拟连续高阶滑模算法（Quasi-continuous High Order Sliding Mode,QCHOSM）控制氧饱和度的系统净功率优化控制方法（Net Power Optimized Control Method,NPOCM）。该方法是根据净功率与氧饱和度,负载电流的关系寻出实现最优净功率的运行轨迹,基于HMSMO估计的氧饱和度,通过QCHOSM算法对估计误差的高阶导数进行积分,使系统控制量在一定的时间内呈连续运行状态,以此减弱不连续的高频控制切换项给受控对象带来的不利“抖振”现象,使氧饱和度响应速度快,超调小,以实现净功率的优化。通过对比试验验证,证明了所提出的NPOCM能够加快氧饱和度的动态响应,有效提高系统净功率,减小净功率抖振厚度,延长系统寿命。
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