外重整MCFC發(fā)電系統(tǒng)操作優(yōu)化與故障診斷研究.pdf

1、熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)是一種潔凈、高效、無污染的新型發(fā)電裝置。由于外重整MCFC燃料電池系統(tǒng)中存在著多個相互關(guān)聯(lián)的子系統(tǒng),要實現(xiàn)系統(tǒng)安全、高效、長期穩(wěn)定的運行,必須對燃料電池系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)級的研究。 本文從已有MCFC發(fā)電系統(tǒng)模型中選用集總參數(shù)模型構(gòu)成了外重整MCFC發(fā)電系統(tǒng)的系統(tǒng)級模型。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了系統(tǒng)操作優(yōu)化和故障診斷的研究。操作優(yōu)化方面的主要研究內(nèi)容有MCFC發(fā)電系統(tǒng)操作條件優(yōu)化和MCFC電堆關(guān)閉操作優(yōu)化。進(jìn)行了

2、基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的MCFC發(fā)電系統(tǒng)漏氣故障診斷以及系統(tǒng)故障傳播路徑分析的研究。這些研究對系統(tǒng)的長期運行有重要的意義。 本文的主要成果包括: 1.基于對一種外重整MCFC發(fā)電系統(tǒng)的分析,本文選擇陽極氣體流量、空氣流量、陰極氣體循環(huán)率作為操作條件。利用一種改進(jìn)的遺傳算法--復(fù)合交叉遺傳算法(MCGA)進(jìn)行MCFC發(fā)電系統(tǒng)操作條件的優(yōu)化,實現(xiàn)了燃料消耗最小的目標(biāo)。 2.為了降低MCFC電堆熱重啟過程消耗的能量和時間,

3、基于混合動態(tài)系統(tǒng)建模和控制的方法,優(yōu)化了電堆的關(guān)閉操作。在電堆關(guān)閉操作一中首先提高工作溫度,以獲得較高的熱重啟初始溫度。為了克服混合動態(tài)系統(tǒng)建模的困難,采用了一種將狀態(tài)劃分、控制策略和建模結(jié)合的建模方法,使得模型既簡單又能獲得需要的精度。 3.分析了外重整MCFC發(fā)電系統(tǒng)可能出現(xiàn)的故障?；谄渲凶羁赡艹霈F(xiàn)的4類氣體泄漏故障的仿真結(jié)果建立了MCFC發(fā)電系統(tǒng)的氣體泄漏故障診斷模型。建立了MCFC發(fā)電系統(tǒng)故障傳播的系統(tǒng)圖模型,并將該模

4、型轉(zhuǎn)化為Petri網(wǎng)模型。最后用一種基于改進(jìn)單親遺傳算法的Petri網(wǎng)發(fā)射序列求解算法研究了MCFC系統(tǒng)的故障傳播路徑。 4.基于對遺傳算法種群多樣性的研究,提出了一種新的交叉操作--復(fù)合交叉,以及對應(yīng)的選擇操作--基于信息最大化規(guī)則的選擇操作。在此基礎(chǔ)上設(shè)計的復(fù)合交叉遺傳算法,能始終保持種群中個體的搜索能力,適于多峰值函數(shù)的尋優(yōu)。 5.引入了染色體片段的概念,設(shè)計了"裂解"和"聚合"兩種新的單親遺傳算法操作算子,改進(jìn)了