固體氧化物燃料電池(SOFC)的建模與仿真.pdf

1、由于燃料電池不受卡諾循環(huán)的限制，能量轉(zhuǎn)換效率高，而且主要排放物為水(視反應(yīng)物而定)，污染比較小，因此燃料電池成為二十一世紀(jì)重要的能源裝置。近年來，燃料電池技術(shù)的研究引起了很多研究機(jī)構(gòu)的廣泛興趣，并在許多商業(yè)領(lǐng)域都有其應(yīng)用前景。固體氧化物燃料電池(SOFC)除了具有高效、清潔、低噪音、負(fù)載能力強(qiáng)等燃料電池所共有的優(yōu)點(diǎn)外，由于是全固體，所以還具有無泄漏、無電解質(zhì)腐蝕、綜合利用效率高和壽命長等優(yōu)點(diǎn)。它除了可以利用H2為燃料以外，還可以利用天然

2、氣、CO等其它燃料，因此非常有希望開發(fā)成大規(guī)模的SOFC發(fā)電裝置來代替現(xiàn)在使用的火力發(fā)電。 目前國內(nèi)外對SOFC的研究主要集中在化工、材料、結(jié)構(gòu)等方面，對SOFC控制方面的研究還比較少，但它又是SOFC的實用化、產(chǎn)業(yè)化前必須解決的問題。為了改進(jìn)SOFC的設(shè)計和性能，必須對SOFC的電氣性能進(jìn)行深入的研究。然而，SOFC系統(tǒng)工作在高溫、封閉、復(fù)雜的環(huán)境下，內(nèi)部狀態(tài)測量極為困難，試驗分析代價很高，有時幾乎是不可能的。目前還只能小規(guī)模

3、地對SOFC的部分參數(shù)和變量進(jìn)行測量和分析。相對而言，對SOFC的數(shù)值分析成本較低。用數(shù)值分析的方法，建立SOFC的數(shù)學(xué)模型，并對其進(jìn)行仿真研究，為實現(xiàn)SOFC的控制奠定理論基礎(chǔ)。 本文利用燃料電池機(jī)理和實驗數(shù)據(jù)建立了SOFC的電特性模型，分析了影響電池輸出性能的相關(guān)因素。然后利用徑向基函數(shù)(RBF)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法建立了SOFC的電特性辨識模型。由于改進(jìn)遺傳算法比簡單遺傳算法有著更快的收斂速度和更高的精度，本文最后提出了一種基于

4、改進(jìn)遺傳算法的RBF 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)辨識方法，對RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中關(guān)鍵的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，以解決由于模型簡化和輸入?yún)?shù)的不準(zhǔn)確而造成的模型精度降低問題。 本論文的主要工作包括： 1.根據(jù)燃料電池機(jī)理分析了SOFC的電壓/電流密度特性，并詳細(xì)分析了影響電池實際輸出電壓的各類極化現(xiàn)象。深入研究了SOFC系統(tǒng)運(yùn)行過程中電池輸出性能與各影響因素的關(guān)系以及各影響因素對電池輸出性能的影響。本文重點(diǎn)考慮了電池系統(tǒng)運(yùn)行過程中運(yùn)行參數(shù)——溫度和電流密

5、度對電池輸出特性的影響。 2.建立了SOFC電特性的仿真模型。利用RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的辨識方法建立了SOFC的電特性模型，模型辨識要求在不同溫度下，能夠動態(tài)模擬出電池電壓與電流密度的變化曲線，完成網(wǎng)絡(luò)模型的輸入矢量到輸出矢量的非線性動態(tài)映射。 3.在研究了標(biāo)準(zhǔn)遺傳算法優(yōu)、缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，采用改進(jìn)策略設(shè)計了一種改進(jìn)的遺傳算法——自適應(yīng)遺傳算法對RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)（網(wǎng)絡(luò)各隱層基函數(shù)（高斯函數(shù)）的數(shù)據(jù)中心、網(wǎng)絡(luò)各隱層基函數(shù)（高斯函