1、燃料電池是21世紀最重要的一種發(fā)電技術(shù)之一。它利用燃料的電化學反應來獲得電能，從而突破了常規(guī)以燃料燃燒的熱能進行發(fā)電的方式所必須受到的卡諾循環(huán)效率的限制，因此可以獲得更高的發(fā)電效率。根據(jù)燃料電池的工作溫度，通常可以將其分為“高溫燃料電池”和“低溫燃料電池”。由于高溫燃料電池的排氣溫度較高，可以和微型燃氣輪機聯(lián)合組成一個協(xié)同工作的發(fā)電系統(tǒng)，這就是一種重要的新技術(shù)一“聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)”，其總體發(fā)電效率可以達到60～70％，因此被視為分布式發(fā)電裝

2、置的最佳形式。 目前國內(nèi)外對高溫燃料電池/微型燃氣輪機聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)的研究主要集中在兩方面：一是研發(fā)電池部件所需的新材料、研發(fā)適合與燃料電池配合的微型燃氣輪機，并對聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和裝配工藝進行優(yōu)化或改進；二是根據(jù)反應機理建立聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)的仿真模型，基于所建立的模型研究各項操作參數(shù)對整體系統(tǒng)性能的影響，以確定系統(tǒng)的最優(yōu)參數(shù)，為系統(tǒng)實際運行提供指導。但關(guān)于聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)的可控模型和控制算法的研究很少，為了保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行、提高系統(tǒng)發(fā)

3、電性能、最終實現(xiàn)商業(yè)化，解決聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)有關(guān)控制方面的問題勢在必行。 本課題是上海交通大學燃料電池研究所正在進行的“863工程”項目“10kW級天然氣熔融碳酸鹽燃料電池發(fā)電系統(tǒng)研究”、國家自然科學基金項目“燃料電池-燃氣輪機混合動力系統(tǒng)非線性對象的協(xié)調(diào)控制”課題的一部分。首先，根據(jù)反應機理和守恒定律分別建立了微型燃氣輪機和熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)的仿真模型，并基于模型分析了在額定工況和部分工況下各操作參數(shù)和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)對聯(lián)合發(fā)

4、電系統(tǒng)性能的影響?；谛阅芊治鲈O(shè)計了聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)的控制方案，首先針對聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)的重要溫度參數(shù)分別設(shè)計了三種智能非線性控制器，并根據(jù)仿真結(jié)果對其進行了性能對比和分析。然后采用了基于實驗數(shù)據(jù)建模的兩種方法對聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率特性進行建模，即徑向基函數(shù)(RBF)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和最小二乘支持向量機(LS-SVM)建模方法?；诮⒌膬煞N模型分別設(shè)計了模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器和基于改進型遺傳算法優(yōu)化的非線性預測控制器，并進行了仿真和比較。本論文的主要工

5、作包括： 1、建立了微型燃氣輪機的仿真模型。深入研究了微型燃氣輪機各個組成部件的工作機理，在MATLAB/SIMULINK仿真環(huán)境里，采用模塊化的建模方法，根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程、質(zhì)量守恒、能量守恒定律、熱動力學公式和電功率的轉(zhuǎn)換關(guān)系分別建立了微型燃氣輪機的核心部件的模型，并將部件模型組合得到了整個微型燃氣輪機的仿真模型；基于該模型進行了微型燃氣輪機的額定工況和變工況性能的研究，分析了影響微型燃氣輪機性能的主要參數(shù)。 2、

6、建立了MCFC電堆的仿真模型。同樣是在MATLAB/SIMULINK仿真環(huán)境里，首先根據(jù)MCFC內(nèi)部的電化學反應機理、質(zhì)量和能量守恒定律、理想氣體狀態(tài)方程等建立了MCFC在氣流方向上的一維仿真模型，基于該模型分析了影響MCFC發(fā)電性能的重要參數(shù)；然后將該模型和已建立的微型燃氣輪機模型相結(jié)合組成了聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)的模型，基于該模型對聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)的運行進行了仿真，分析了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和各個重要參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響，為后繼的控制系統(tǒng)設(shè)計打下了基礎(chǔ)。

7、 3、基于所建立的聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)模型和性能分析的結(jié)果，設(shè)計了以簡單適用為目標的聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)的多回路控制方案，并針對溫度參數(shù)這一重要被控對象分別設(shè)計了三種控制器，對三者的控制效果差異進行了分析。首先采用了工業(yè)上廣泛使用的模糊控制器；然后設(shè)計了E1man神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自校正控制器，該控制器使用一種動態(tài)遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)-改進型E1man神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為控制對象的辨識器，通過自校正算法得到控制量，仿真中取得了較好的效果；最后設(shè)計了將兩者的優(yōu)點集于一體的模糊

8、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器，對三種控制器進行仿真的結(jié)果顯示三者均能夠?qū)囟葏?shù)穩(wěn)定控制到設(shè)定的最優(yōu)值，其中模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器取得了最好的性能，對控制效果的差異進行了分析。 4、著重進行了聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率控制方案設(shè)計，不同于前面使用的SIMULINK仿真模型，采用了基于控制對象輸入輸出數(shù)據(jù)建模的方法。首先采用了RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率特性進行建模，仿真結(jié)果顯示RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有較好的辨識數(shù)據(jù)的能力；然后又使用了最小二乘支持