提升固体氧化物燃料电池系统负荷跟踪能力的时延控制方法

本文主要探讨了如何提升固体氧化物燃料电池（Solid Oxide Fuel Cell, SOFC）系统的负荷跟踪能力，这是其商业化运作的关键挑战之一。文章提出了一种基于时间延迟控制（Time Delay Control with an Observer, TDO）的方法，旨在改善燃料供应系统，以实现快速的负荷跟踪，同时避免燃料短缺问题。研究中，作者在MATLAB/Simulink环境中建立了反映5kW SOFC系统动态特性的模型，该系统包括电池堆、燃烧器、热交换器和气体供应等组件。 正文： 固体氧化物燃料电池（SOFC）作为一种新型分布式发电技术，具有高效、清洁和可持续的特性，然而其负荷跟踪能力的不足限制了其在商业领域的广泛应用。负荷跟踪能力是指燃料电池系统根据电网或用户需求快速调整输出功率的能力，这对保持电网稳定至关重要。本文针对这一问题，提出了一种创新的解决方案：时间延迟控制（TDO）与观察器相结合的策略。 TDO方法的核心是通过引入时间延迟来优化燃料供应系统，从而提高系统的响应速度和稳定性。在SOFC系统中，燃料的供给直接影响着电力输出，而快速负荷变化可能导致燃料供应不足（燃料饥饿），进而影响电池堆的性能和寿命。通过引入时间延迟控制，可以更精确地预测和控制燃料流量，确保在快速负荷变化时仍能保持稳定的燃料供应，避免燃料饥饿现象。 为了验证TDO方法的有效性，研究者构建了一个包含5kW SOFC系统动态特性的模型。该模型详细模拟了电池堆、燃烧器、热交换器以及气体供应等关键组件的交互作用。MATLAB/Simulink是一个强大的仿真工具，能够对复杂系统进行动态分析和控制设计。利用这个平台，作者进行了详细的仿真研究，分析了TDO在不同工况下的表现，证明了其在增强负荷跟踪能力方面的显著效果。 此外，关键词还包括SOFC的动态模型、燃料饥饿和负荷跟踪。动态模型对于理解SOFC系统的行为和优化控制策略至关重要。燃料饥饿问题不仅影响系统效率，还可能对燃料电池的结构造成损害。因此，解决这一问题对于提高SOFC系统的整体性能和可靠性至关重要。负荷跟踪则是衡量燃料电池系统适应性和灵活性的重要指标。 总结来说，本文通过引入时间延迟控制技术，为提升固体氧化物燃料电池系统的负荷跟踪能力提供了一个新的解决方案。这种控制策略有望改善系统的快速响应性能，促进SOFC技术在分布式发电领域的商业化应用。