固體氧化物燃料電池溫度系統的改進型廣義預測控制方法

劉 欣，郝曉弘，楊新華，安愛民

（蘭州理工大學電氣工程與信息工程學院，甘肅 蘭州 730050）

固體氧化物燃料電池（solid oxide fuel cell，SOFC）是一種將碳氫化合物的化學能通過電化學反應的方式直接轉化成電能的有效裝置，其用于分布式能源固定發電所提供的效率可達到55%左右，與混合燃氣輪機實現熱電聯產后效率可以達到70%～80%，是清潔、高效、環保的綠色能源之一，具有廣泛的應用前景[1-3]。但由于其反應機理的數學描述形式較為復雜，包含諸多中間量的熱物理性質、流體動力學計算環節，且系統整體動態性能和輸出電壓隨反應過程中溫度的變化而波動劇烈，要推廣燃料電池發電技術的商業化進程，并使得SOFC系統在能源市場具有一定的競爭性和占有率仍存在諸多問題[3-5]。

針對SOFC控制方法的研究發展歷程與其它復雜化工過程類似，對工藝過程每一環節的反應溫度、物料濃度、平均輸出率、物料利用率等指標的精確控制都將直接影響最終產品的產量和質量。目前的研究表明，傳統的控制手段如PID控制、比值控制等對于這一類具有強非線性的時變過程已顯示出了控制效果的局限性[6]。因此需要采用一些先進控制方法，諸多文獻提到了利用模糊控制[7]、神經網絡控制[8]、預測控制（包括廣義預測控制）[9-15]等針對SOFC、SOFC-GT系統及一些類似工業過程控制所進行的大量應用研究并獲得了一定的階段性成果，而其中以預測控制方法的應用最為廣泛。本文提到的控制方法——廣義預測控……