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熔融碳酸盐燃料电池分布式发电的鲁棒H_∞控制

王志丰

   近年来为了有效应对集中式供电的各种缺陷,增加能源供应的多样化,降低环境污染,实现可持续发展,世界各国都意识到可再生能源以及分布式发电DG(distributed generation)技术的重要意义。分布式电源主要采用燃料电池、太阳能光伏电池和风力发电机组等作为电源系统。熔融碳酸盐燃料电池MCFC(molten carbonate fuel cell)具有清洁、高效、建造时间短、可模块化等优点使其成为DG中首选的发电技术。为使MCFC高效、稳定的工作,并确保系统在负荷频繁变化的情况下不至受到损坏,必须对燃料电池进行有效地控制,使燃料电池运行在最佳的工作状态。 MCFC的正常运行受到两个方面因素的制约:过度使用和长时间得不到充分的利用。在任何一种情况下运行,燃料电池的效率和可靠性都将降低,严重时更会对电池本体造成永久性损伤。负载的变化或燃料输入量的变化都会引起上述两种情况的发生。因此,设计一种能抑制外部条件变化对燃料电池造成不利影响的控制器尤为重要。为实现在负载变化时,通过控制燃料流量保持输出电压恒定,并使电池的燃料利用率满足所需的约束条件,本文采用鲁棒H∞控制策略设计MCFC的控制器。 本文首先对MCFC的动态模型做线性化处理,以H∞控制理论为基础建立MCFC发电系统控制模型,应用线性矩阵不等式LMI(linear matrix inequality)法对控制器进行求解,并建立了完整的MCFC电堆控制系统仿真模型,验证控制方法的正确性和有效性。最后,将MCFC控制系统作为分布式电源带负载独立运行作仿真分析。结果表明MCFC供电系统的输出功率能够满足负载的要求,在控制器的作用下,当负载波动时,燃料电池能有效的增加燃料电池的出力,并且其燃料利用率保持在合理的范围内,使整个供电系统的鲁棒性有很大的改善。……   
[关键词]:分布式发电;熔融碳酸盐燃料电池;鲁棒H_∞控制;燃料利用率;输出电压;线性矩阵不等式
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:燕山大学2010年