燃料电池混合动力船舶的功率跟踪控制研究.doc
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1、燃料电池混合动力船舶的功率跟踪控制研究摘要:提出了一种基于模型预测控制的燃料电池超级电容混合动力船舶的功率跟踪控制策略。在提升了系统的瞬态功率响应能力的同时,实现了对超级电容中能量的滚动储备;在平抑燃料电池系统的端口功率波动的同时,实现了系统的可靠运行。仿真结果表明了所提出的控制策略的有效性,对比不同控制参数的情况,验证了控制器设计的有效性。引言随着全球化石能源的供需矛盾越加突显,船舶工业领域中清洁能源的应用越来越受到关注1,2。航运燃料的排放物主要是温室气体污染物。有数据显示,船舶航运产业在年度全球温室气体排放量占比近百分之三3。燃料电池船舶是一种解决传统船舶排放的解决方案之一,并且已经出现
2、了一些应用4。然而,燃料电池在船舶电力系统的应用中存在一系列运行管理上的问题。首先,为了防止燃料电池堆中的氧气匮乏问题,需要限制燃料电池输出端电流或功率的变化率5。文献6指出,电池堆内过低的氧气含量,将影响燃料电池的使用寿命,甚至使交换膜产生永久性的损伤。其次,对于采用离心式压缩机的燃料电池空气供应系统,文献7指出压缩机的工作点会因为其排出口的管网压力过高和吸入流量过低而超出其安全运行范围,进入喘振区,严重影响系统运行。当燃料电池输出端功率突然变化时,压缩机的空气供应量也需要快速地增减,从而容易使工作点进入喘振区。以上运行特性表明,燃料电池系统的输出功率需要得到实时的控制。另一方面,电力推进船
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