基于安全运行区域约束的PEMFC发电系统效率优化控制方法.docx

基于安全运行区域约束的PEMFC发电系统效率优化控制方法
基于安全运行区域约束的PEMFC发电系统效率优化控制方法
摘要：聚合物电解质膜燃料电池（PEMFC）作为一种新兴的清洁能源技术，具有高效能、低污染、无噪音等优点，已成为研究和应用的热点。然而，PEMFC系统在实际应用中面临着很多挑战，其中之一是如何实现系统效率的最优化控制。本文提出了一种基于安全运行区域约束的PEMFC发电系统效率优化控制方法，通过有效控制系统的各个参数，在满足系统安全性的前提下，提高系统的效率。具体而言，本文从控制算法、安全性考虑、实施方法等方面对方法进行了详细介绍，并通过实验验证了该方法的有效性和可行性。
关键词：PEMFC；系统效率；最优化控制；安全运行区域约束
1.研究背景
聚合物电解质膜燃料电池作为一种新兴的清洁能源技术，因其高效能、低污染、无噪音等优势，成为了人们关注的热点。传统的控制方法主要关注PEMFC系统的性能，如输出功率、效率等，而忽视了系统的安全性。然而，由于PEMFC系统与外部环境的复杂性，系统存在一些不确定性因素，如电压突变、温度变化等，这些因素可能会导致系统的不稳定和损坏。因此，如何在实现系统效率最优化的同时，保证其安全运行成为了一个研究的难点和挑战。
2.系统效率优化控制方法
为了实现基于安全运行区域约束的PEMFC发电系统效率优化控制，本文提出了一种综合考虑控制算法和安全性的方法。具体而言，首先，通过建立PEMFC系统的数学模型，获得系统的动力学特性和效率表达式。然后，基于这些特性和表达式，设计了最优化控制算法，将系统的效率作为优化目标，同时考虑到了系统的安全性。最后，通过调节关键参数，实现对系统的控制和调节。
3.安全运行区域约束
为了保证PEMFC系统的安全运行，本文引入了安全区域约束的概念。安全区域是指系统在运行过程中所能达到的最高效率的范围。通过对系统参数的监测和控制，确保系统在安全区域内运行，避免了系统过载和损坏的风险，同时提高了系统的效率。
4.实施方法
为了实现基于安全运行区域约束的PEMFC发电系统效率优化控制，本文提出了以下实施方法：
（1）建立PEMFC系统的数学模型，包括组成部分、动力学特性、效率表达式等。
（2）设计最优化控制算法，以系统的效率为优化目标，同时考虑到系统的安全性。
（3）通过传感器和控制器实时监测系统参数，确保系统在安全区域内运行。
（4）根据实时监测的数据，通过调节控制器的输出，实现对系统的控制和调节。
5.实验验证
为了验证基于安全运行区域约束的PEMFC发电系统效率优化控制方法的有效性和可行性，本文进行了一系列实验。实验结果表明，该方法可以有效地提高系统的效率，并保证系统的安全运行。
6.结论
本文提出了一种基于安全运行区域约束的PEMFC发电系统效率优化控制方法，通过控制参数和引入安全性约束，实现了系统效率的最优化。实验结果表明，该方法在提高系统效率的同时保证了系统的安全运行，具有很好的实际应用前景。
参考文献：
[1]Alahakoon,D.,Cripps,A.,Bessede,J.-L.,&Ertugrul,N.(2016).MaximumpowerpointtrackingcontrolforPEMfuelcellwithreducedchatteringusingaredesignedbilevelcurrentcontroller.InternationalJournalofHydrogenEnergy,41(18),7660–7666.
[2]Saevarsdottir,T.,Jens,C.,Sierra-Perez,J.,Torfi,A.,&Mollerstedt,H.(2018).PEMfuelcellefficiencyoptimizedwiththermalenergymanagementsystemutilizingphasechangematerialandheatpumptechnologies.InternationalJournalofHydrogenEnergy,43(36),17352–17360.
[3]Lee,M.-Y.,Hwang,S.-S.,Oh,J.-S.,&Lim,H.-C.(2011).ThedevelopmentofefficiencyoptimizationsystemforoperationofPEMFC.AppliedEnergy,88(4),1374–1382.