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申请/专利权人：青岛大学

摘要：本发明公开了一种燃料电池系统集群实时最优功率分配方法，属于多堆燃料电池系统优化控制领域，其步骤为：对燃料电池系统集群能耗特性的高阶多项式凸函数进行初始化；确定燃料电池系统集群能耗特性高阶多项式凸函数的泰勒展开点，基于该泰勒展开点建立所述燃料电池系统集群能耗特性的局部二次多项式凸函数；基于实时负荷需求得到的燃料电池系统集群功率分配结果；通过迭代得到燃料电池系统集群最优功率分配结果。本发明综合考虑各套燃料电池系统性能差异和各套燃料电池系统级联变换器的能耗特性，对燃料电池系统集群效率进行实时优化，能够实现燃料电池系统集群的燃料经济性的提升。

主权项：1.一种燃料电池系统集群实时最优功率分配方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、对燃料电池系统集群能耗特性的高阶多项式凸函数进行初始化，包括各套燃料电池系统能耗特性、各套燃料电池系统级联变换器能耗特性以及各套燃料电池动力系统能耗特性的高阶多项式凸函数初始化，单套燃料电池动力系统包括单套燃料电池系统和相应的级联变换器；S2、确定燃料电池系统集群能耗特性高阶多项式凸函数的泰勒展开点，基于该泰勒展开点建立所述燃料电池系统集群能耗特性的局部二次多项式凸函数；S3、基于实时负荷需求得到的燃料电池系统集群功率分配结果；S4、通过迭代得到燃料电池系统集群最优功率分配结果；步骤S1包括如下步骤：S101、根据多套燃料电池系统净输出功率与多套燃料电池系统氢耗率测试数据，初始化所述各套燃料电池系统能耗特性高阶多项式凸函数为： 其中，HCRFCS,iPFCS,net,i表示第i套燃料电池系统在当前燃料电池系统净输出功率下的氢耗率,i＝1,2,…,m，m表示燃料电池系统集群中单套燃料电池系统的数量；PFCS,net,i表示第i套燃料电池系统的净输出功率；au,i表示第i套燃料电池系统能耗特性的第u阶多项式凸函数的各项系数，α表示所述燃料电池系统能耗特性的高阶多项式凸函数的最高阶次；S102、根据多套燃料电池系统级联变换器净输出功率与多套燃料电池系统净输出功率测试数据，初始化所述各套燃料电池系统级联变换器能耗特性高阶多项式凸函数为： 其中，PDCout,i表示第i套燃料电池系统级联变换器的净输出功率；bv,i表示第i套燃料电池系统级联变换器能耗特性的第u阶多项式凸函数的各项系数，β表示各套燃料电池系统级联变换器能耗特性的高阶多项式凸函数的最高阶次；S103、将式2代入到式1中，初始化所述燃料电池动力系统能耗特性高阶多项式函数为： 其中，HCRFCS,iPDCout,i表示第i套燃料电池动力系统在当前燃料电池动力系统净输出功率下的氢耗率，c表示燃料电池动力系统能耗特性的高阶多项式凸函数的各项系数；步骤S2包括如下步骤：S201、确定t时刻负荷需求下燃料电池系统集群能耗特性高阶多项式凸函数第n次迭代的泰勒展开点，具体包括：将t-1时刻燃料电池系统集群的最优功率分配结果作为t时刻燃料电池系统集群能耗特性高阶多项式凸函数第1次迭代的泰勒展开点，如式4所示： 若t时刻燃料电池系统集群第n-1次迭代的功率分配结果不是最优功率分配结果，则将t时刻燃料电池系统集群第n-1次迭代的功率分配结果作为t时刻燃料电池系统集群能耗特性高阶多项式凸函数第n次迭代的泰勒展开点，如式5所示： 其中，表示t-1时刻第i套燃料电池系统的最优功率分配结果，表示t时刻第i套燃料电池系统能耗特性高阶多项式凸函数第1次迭代的泰勒展开点；PDCout,i,n-1,t表示t时刻第i套燃料电池系统第n-1次迭代的功率分配结果，表示t时刻第i套燃料电池系统能耗特性高阶多项式凸函数第n次迭代的泰勒展开点；当t＝1时刻，在未知前一时刻最优功率分配结果的情况下，将t＝1时刻燃料电池系统集群的负荷需求Pdemand,1按照平均功率分配的原则分配至各套燃料电池动力系统，即t＝1时刻燃料电池系统集群能耗特性高阶多项式凸函数的泰勒展开点确定为： 其中，表示t＝1时刻第i套燃料电池系统能耗特性高阶多项式凸函数第1次迭代的泰勒展开点；Pdemand,1表示t＝1时刻燃料电池系统集群的负荷需求；S202、基于步骤S201得到的燃料电池系统集群泰勒展开点建立所述燃料电池系统集群能耗特性的局部二次多项式凸函数，所述燃料电池系统集群能耗特性的局部二次多项式凸函数为： 其中，表示在当前t时刻第i套燃料电池动力系统净输出功率下的近似等效氢耗率；PDCout,i,t表示t时刻第i套燃料电池动力系统的净输出功率，分别表示第i套燃料电池动力系统在t时刻经过n次迭代降阶得到的二次项、一次项和常数项，表达式如下： 其中，和分别表示表达式3在展开点处的二阶导数值、一阶导数值以及函数值；步骤S3包括如下步骤：S301、计算燃料电池系统集群t时刻第n次迭代的功率限制切换序列，包括燃料电池系统集群最大功率限制切换序列、燃料电池系统集群最小功率限制切换序列：S302、计算t时刻燃料电池系统集群与功率上限相关的第n次迭代的功率分配系数矩阵，计算t时刻燃料电池系统集群与功率下限相关的第n次迭代的功率分配系数矩阵：S303、基于实时负荷需求计算t时刻第n次迭代燃料电池系统集群的功率分配结果；步骤S4具体为：计算t时刻第n次迭代燃料电池系统集群的功率分配结果PDCout,n,t与t时刻第n-1次迭代燃料电池系统集群的功率分配结果PDCout,n-1,t之间的相对误差为εn,t＝[ε1,n,t,...,εi,n,t,...,εm,n,t]T，εi,n,t表达式为： 其中，εi,n,t表示t时刻第n次迭代第i套燃料电池动力系统功率分配结果与t时刻第n-1次迭代第i套燃料电池动力系统功率分配结果之间的相对误差；若各套燃料电池动力系统第n次迭代功率分配结果与第n-1次迭代功率分配结果之间的相对误差εi,n,t均满足εi,n,tε0，则将t时刻第n-1次迭代燃料电池系统集群的功率分配结果{PDCout,i,n-1,t，i＝1,2,…,m}作为t时刻负荷需求下的燃料电池系统集群的最优功率分配结果，并将该所述最优功率分配结果作为t+1时刻第1次迭代的燃料电池系统集群能耗特性高阶多项式凸函数的泰勒展开点；若各套燃料电池动力系统第n次迭代功率分配结果与第n-1次迭代功率分配结果之间的相对误差εi,n,t存在不满足εi,n,tε0，ε0表示第n次迭代单套燃料电池动力系统功率分配结果与第n-1次迭代单套燃料电池动力系统功率分配结果之间的相对误差阈值，为常数，进而判断迭代次数n是否满足n＝nmax，若满足n＝nmax，nmax表示燃料电池系统集群t时刻负荷需求下进行功率分配的最大迭代次数，为常数，将t时刻第nmax次迭代燃料电池系统集群的功率分配结果作为t时刻负荷需求下的燃料电池系统集群的最优功率分配结果，并将该所述最优功率分配结果作为t+1时刻第1次迭代的燃料电池系统集群能耗特性高阶多项式凸函数的泰勒展开点；若各套燃料电池动力系统第n次迭代功率分配结果与第n-1次迭代功率分配结果之间的相对误差εi,n,t存在不满足εi,n,tε0，进而判断迭代次数n是否满足n＝nmax，若不满足n＝nmax，则将t时刻第n次迭代燃料电池系统集群的功率分配结果作为t时刻第n+1次迭代的燃料电池系统集群能耗特性高阶多项式凸函数的泰勒展开点，并重新返回执行步骤S2，直至燃料电池系统集群功率分配结果之间的相对误差满足迭代中止条件；最后，若燃料电池系统集群停止运行，则所有燃料电池动力系统的净输出功率为零。

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百度查询： 青岛大学 一种燃料电池系统集群实时最优功率分配方法