分布式燃料电池发电系统的多模态控制方法与流程

1.本发明属于燃料电池技术领域，尤其是涉及一种分布式燃料电池发电系统的多模态控制方法。


背景技术：

2.燃料电池系统的应用领域广泛，可以用于车用、固定式发电、热电联供、船舶等领域，并且随着应用领域负载增大，多系统并联逐渐成为了重要趋势。现有技术中多系统的功率输出与负载需求之间缺乏的协调控制，从而导致多系统的经济性和寿命等不能最优控制的问题。


技术实现要素：

3.针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种分布式燃料电池发电系统的多模态控制方法，至少部分的解决现有技术中存在的多系统的功率输出与负载需求之间缺乏的协调控制问题。
4.本公开实施例提供了一种分布式燃料电池发电系统的多模态控制方法，包括：
5.获取负载需求功率；
6.设定需求功率维持跟随的时间尺度；
7.读取当前各燃料电池系统的模态矩阵；
8.基于所述时间尺度和模态矩阵设定燃料电池系统的运行状态；
9.基于所述燃料电池系统的运行状态分配功率请求矩阵，基于功率请求矩阵控制分布式燃料电池发电系统工作。
10.可选的，所述模态矩阵用于记录各燃料电池系统的状态。
11.可选的，所述各燃料电池系统的状态，包括冷待机、热待机、运行中或关机中。
12.可选的，所述模态矩阵参数还包括，燃料电池序号、开关机次数、衰减率和额定效率值。
13.可选的，所述时间尺度为实际输出功率与需求功率匹配的时间尺度大小。
14.可选的，基于所述时间尺度和模态矩阵设定燃料电池系统的运行状态，包括：
15.获取运行状态的燃料电池系统数量，燃料电池系统数量其p
reg
为需求功率，p
rate
为单燃料电池系统的额定功率。
16.可选的，负载时间尺度要求小于燃料电池开机时间尺度要求的，k等于所有燃料电池数量；负载时间尺度要求大于燃料电池开机时间尺度要求的，池数量；负载时间尺度要求大于燃料电池开机时间尺度要求的，向上取整值。
17.可选的，基于所述燃料电池系统的运行状态分配功率请求矩阵，包括：
18.基于所述燃料电池系统的运行状态选择分配原则分配功率请求矩阵。
19.可选的，所述分配原则，包括寿命综合最优原则，所述寿命综合最优原则中
从而需求功率其中，j代表运行的燃料电池系统数量，p
l
代表每个燃料电池系统的输出功率，β
l
代表衰减率。
20.可选的，所述基于所述燃料电池系统的运行状态分配功率请求矩阵的步骤之后还包括：
21.基于功率请求矩阵更新燃料电池系统模态矩阵。
22.本发明提供的分布式燃料电池发电系统的多模态控制方法，根据需求功率，进行燃料电池系统的运行状态设定，从而进行功率分配，对多系统的功率输出与负载需求进行协调控制，从而达到同时满足了对负载需求功率较好的跟随性以及分布式燃料电池系统综合最优控制的目的。
附图说明
23.通过结合附图对本公开示例性实施例进行更详细的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本公开示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。
24.图1为本公开实施例提供的一种图像变形的方法的流程图；
25.图2为本公开实施例提供的一种图像变形的装置的原理框图。
具体实施方式
26.下面结合附图对本公开实施例进行详细描述。
27.应当明确，以下通过特定的具体实例说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本公开的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。本公开还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本公开的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
28.需要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本公开，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。
29.还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本公开的基本构想，图示中仅显示与本公开中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
30.另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的
技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践所述方面。
31.如图1所示，本实施例公开了一种分布式燃料电池发电系统控制架构，包括多个从控制器fcu和分布式网络的域控制器dcu，多个从控制器fcu的信号传输至分布式网络的域控制器dcu，每个从控制器fcu连接一个燃料电池。
32.如图2所示，分布式燃料电池发电系统的多模态控制方法，包括：
33.获取负载需求功率；
34.负载需求功率可以预测得到也可以根据负载计算得到。
35.设定需求功率维持跟随的时间尺度；
36.读取当前各燃料电池系统的模态矩阵；
37.基于所述时间尺度和模态矩阵设定燃料电池系统的运行状态；
38.基于所述燃料电池系统的运行状态分配功率请求矩阵，基于功率请求矩阵控制分布式燃料电池发电系统工作。
39.可选的，所述模态矩阵用于记录各燃料电池系统的状态。
40.可选的，所述各燃料电池系统的状态，包括冷待机、热待机、运行中或关机中。
41.可选的，所述模态矩阵参数还包括，燃料电池序号、开关机次数、衰减率和额定效率值。
42.可选的，所述时间尺度为实际输出功率与需求功率匹配的时间尺度大小。
43.可选的，基于所述时间尺度和模态矩阵设定燃料电池系统的运行状态，包括：
44.获取运行状态的燃料电池系统数量，燃料电池系统数量其p
reg
为需求功率，p
rate
为单燃料电池系统的额定功率。
45.可选的，负载时间尺度要求小于燃料电池开机时间尺度要求的，k等于所有燃料电池数量，负载时间尺度要求大于燃料电池开机时间尺度要求的，池数量，负载时间尺度要求大于燃料电池开机时间尺度要求的，向上取整值。
46.可选的，基于所述燃料电池系统的运行状态分配功率请求矩阵，包括：
47.基于所述燃料电池系统的运行状态选择分配原则分配功率请求矩阵。
48.可选的，所述分配原则，包括寿命综合最优原则，所述寿命综合最优原则中从而需求功率其中，j代表运行的燃料电池系统数量，p
l
代表每个燃料电池系统的输出功率，β
l
代表衰减率。
49.可选的，所述基于所述燃料电池系统的运行状态分配功率请求矩阵的步骤之后还包括：
50.基于功率请求矩阵更新燃料电池系统模态矩阵。
51.模态矩阵mi指的是记录各燃料电池系统的状态的矩阵，运行状态矩阵是模态矩阵的子集合，其主要包含冷待机、热待机、运行中和关机中四种状态，具体的，模态矩阵包含但不限于表1所示的参数。
52.表1、模态矩阵参数
53.燃料电池序号运行状态开关机次数衰减率β额定效率值1冷待机1002％46
2热待机1002％463运行中902％46
……
运行中902％44n关机中502％42。
54.具体的，需求功率维持跟随的时间尺度指的是应用领域需要实现实际输出功率与需求功率匹配的时间尺度大小，例如乘用车用燃料电池系统的时间尺度一般是秒级别，电网调峰根据类型不同一般从天、小时到分钟不等，热电联供一般在小时级别。由于燃料电池系统冷开机和热开机分别在秒和分钟量级，为了实现功率匹配的需求，需要根据不同的应用场景，甚至是同应用场景下的不同尺度的需求，设定不同的运行冗余策略。
55.分布式燃料电池系统的多模态最优控制，包含两层控制，即根据时间尺度差异设定燃料电池系统运行状态，根据需求功率根据最优原则设定功率分配。
56.在一个具体的应用场景中，分布式燃料电池发电系统的多模态控制方法，包括以下步骤：
57.s01：开始。
58.s02：接收预测或需求输出功率，具体的，其指的是负载需求的功率值，例如从200kw增加到300kw。
59.s03：设定需求功率维持跟随的时间尺度，具体的，根据说明，不同的应用场景的时间尺度从秒、分钟、小时、天不等。
60.s04：读取当前各燃料电池系统的模态矩阵mi，具体的，其模态矩阵如说明所示。
61.s05：设定燃料电池系统的运行状态si，具体的，根据不同的时间尺度的要求，其设定方法不同，针对负载时间尺度要求小于燃料电池开机时间尺度要求的，燃料电池系统需具备足够的冗余度，即其运行状态的燃料电池系统数量其p
reg
为需求功率，p
rate
为单燃料电池系统的额定功率，更好的，k一般等于n，n为所有燃料电池的数量，以便于由于启动时间长，带来的实际功率无法快速跟随需求功率的情况；对于负载时间尺度要求大于燃料电池开机时间尺度要求的，其冗余度可以根据实际经验设定，例如向上取整值，即使下个周期面临较大功率，其可以通过启动新的发动机满足功率的需求。
62.s06：基于已运行燃料电池系统的状态分配功率请求矩阵r(i)，具体的，由于不同燃料电池系统的衰减程度、故障程度不同，在确定燃料电池运行状态后，在满足其中j代表运行的燃料电池系统数量，p
l
代表每个燃料电池系统的输出功率。具体的，分配原则可以是，寿命综合最优原则，如率。具体的，分配原则可以是，寿命综合最优原则，如
63.s07：更新燃料电池系统模态矩阵m(i+1)。
64.本实施的分布式燃料电池系统的多模态控制方法，通过两层控制结构，首先根据时间尺度差异设定燃料电池系统运行状态，再根据需求功率基于最优原则设定功率分配，同时满足了对负载需求功率较好的跟随性以及分布式燃料电池系统综合最优控制。
65.以上结合具体实施例描述了本公开的基本原理，但是，需要指出的是，在本公开中
提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势、效果等是本公开的各个实施例必须具备的。另外，上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用，而非限制，上述细节并不限制本公开为必须采用上述具体的细节来实现。
66.在本公开中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。诸如“包括”、“包含”、“具有”等等的词语是开放性词汇，指“包括但不限于”，且可与其互换使用。这里所使用的词汇“或”和“和”指词汇“和/或”，且可与其互换使用，除非上下文明确指示不是如此。这里所使用的词汇“诸如”指词组“诸如但不限于”，且可与其互换使用。
67.另外，如在此使用的，在以“至少一个”开始的项的列举中使用的“或”指示分离的列举，以便例如“a、b或c的至少一个”的列举意味着a或b或c，或ab或ac或bc，或abc(即a和b和c)。此外，措辞“示例的”不意味着描述的例子是优选的或者比其他例子更好。
68.还需要指出的是，在本公开的系统和方法中，各部件或各步骤是可以分解和/或重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本公开的等效方案。
69.可以不脱离由所附权利要求定义的教导的技术而进行对在此所述的技术的各种改变、替换和更改。此外，本公开的权利要求的范围不限于以上所述的处理、机器、制造、事件的组成、手段、方法和动作的具体方面。可以利用与在此所述的相应方面进行基本相同的功能或者实现基本相同的结果的当前存在的或者稍后要开发的处理、机器、制造、事件的组成、手段、方法或动作。因而，所附权利要求包括在其范围内的这样的处理、机器、制造、事件的组成、手段、方法或动作。
70.提供所公开的方面的以上描述以使本领域的任何技术人员能够做出或者使用本公开。对这些方面的各种修改对于本领域技术人员而言是非常显而易见的，并且在此定义的一般原理可以应用于其他方面而不脱离本公开的范围。因此，本公开不意图被限制到在此示出的方面，而是按照与在此公开的原理和新颖的特征一致的最宽范围。
71.为了例示和描述的目的已经给出了以上描述。此外，此描述不意图将本公开的实施例限制到在此公开的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例，但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、改变、添加和子组合。

技术特征：
1.一种分布式燃料电池发电系统的多模态控制方法，其特征在于，包括：获取负载需求功率；设定需求功率维持跟随的时间尺度；读取当前各燃料电池系统的模态矩阵；基于所述时间尺度和模态矩阵设定燃料电池系统的运行状态；基于所述燃料电池系统的运行状态分配功率请求矩阵，基于功率请求矩阵控制分布式燃料电池发电系统工作。2.根据权利要求1所述的分布式燃料电池发电系统的多模态控制方法，其特征在于，所述模态矩阵用于记录各燃料电池系统的状态。3.根据权利要求2所述的分布式燃料电池发电系统的多模态控制方法，其特征在于，所述各燃料电池系统的状态，包括冷待机、热待机、运行中或关机中。4.根据权利要求2所述的分布式燃料电池发电系统的多模态控制方法，其特征在于，所述模态矩阵参数还包括，燃料电池序号、开关机次数、衰减率和额定效率值。5.根据权利要求1所述的分布式燃料电池发电系统的多模态控制方法，其特征在于，所述时间尺度为实际输出功率与需求功率匹配的时间尺度大小。6.根据权利要求1所述的分布式燃料电池发电系统的多模态控制方法，其特征在于，基于所述时间尺度和模态矩阵设定燃料电池系统的运行状态，包括：获取运行状态的燃料电池系统数量，燃料电池系统数量其p
reg
为需求功率，p
rate
为单燃料电池系统的额定功率。7.根据权利要求6所述的分布式燃料电池发电系统的多模态控制方法，其特征在于，负载时间尺度要求小于燃料电池开机时间尺度要求的，k等于所有燃料电池数量，负载时间尺度要求大于燃料电池开机时间尺度要求的，向上取整值。8.根据权利要求1所述的分布式燃料电池发电系统的多模态控制方法，其特征在于，基于所述燃料电池系统的运行状态分配功率请求矩阵，包括：基于所述燃料电池系统的运行状态选择分配原则分配功率请求矩阵。9.根据权利要求8所述的分布式燃料电池发电系统的多模态控制方法，其特征在于，所述分配原则，包括寿命综合最优原则，所述寿命综合最优原则中从而需求功率其中，j代表运行的燃料电池系统数量，p
l
代表每个燃料电池系统的输出功率，β
l
代表衰减率。10.根据权利要求1所述的分布式燃料电池发电系统的多模态控制方法，其特征在于，所述基于所述燃料电池系统的运行状态分配功率请求矩阵的步骤之后还包括：基于功率请求矩阵更新燃料电池系统模态矩阵。

技术总结
本发明提供了一种分布式燃料电池发电系统的多模态控制方法，包括：获取负载需求功率；设定需求功率维持跟随的时间尺度；读取当前各燃料电池系统的模态矩阵；基于所述时间尺度和模态矩阵设定燃料电池系统的运行状态；基于所述燃料电池系统的运行状态分配功率请求矩阵，基于功率请求矩阵控制分布式燃料电池发电系统工作。根据需求功率，进行燃料电池系统的运行状态设定，从而进行功率分配，对多系统的功率输出与负载需求进行协调控制，从而达到同时满足了对负载需求功率较好的跟随性以及分布式燃料电池系统综合最优控制的目的。式燃料电池系统综合最优控制的目的。式燃料电池系统综合最优控制的目的。


技术研发人员：赵兴旺 方川 李飞强 槐佳 袁殿
受保护的技术使用者：北京亿华通科技股份有限公司
技术研发日：2023.07.28
技术公布日：2023/10/8