SOFC重整装置热管理建模及解耦控制策略研究

随着新能源研究的不断发展,固体氧化物燃料电池(SOFC)以其更高的能量转换效率、更少的污染排放成为了该领域的重要分支。而SOFC发电系统需要一个重整装置,把像甲烷(天然气)这样的廉价燃料催化重整得到氢气,以实现SOFC发电系统的正常运行和规模应用。为了使重整装置能够提供稳定的氢气来源,设计一个既能有效控制装置温度又能减少装置中不良耦合影响的控制器显得尤为重要。 本文参考国内外文献并结合已有知识分析得到了典型甲烷重整装置的热力学微分方程组,通过引入状态空间将其线性化,得出了该装置关于流量和温度的双输入双输出系统的机理模型,以便于在Matlab/simulink环境下进行仿真和研究。仿真结果表明,该模型能够较为准确的表现出重整装置的特性,一定程度上简化了模型控制器的设计难度。 接着在该机理模型的基础上,使用相对增益矩阵分析了流量和温度的对应关系后进行了输入输出匹配,根据重整装置非线性的特点选取了模糊解耦的控制方法,之后分别设计了采用PI控制、前馈解耦控制和模糊解耦控制的控制模型,仿真结果表明,模糊解耦控制算法能够有效的减少重整装置系统中存在的不良耦合并改善其温度的动态响应性能。 最后本文设计并搭建了重整装置的实验平台。平台分为两部分:半实物仿真平台和实物实验平台,半实物仿真平台能够方便的完成算法的在线修改,实物实验平台能够验证控制方法的有效性。同时,重整装置的实验平台也为后续的验证、测试和联调工作打下了良好的基础。