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燃料电池混合动力系统参数匹配与多目标优化

西南交通大学学报 2019年第5期54卷 1079-1086页

作者：李奇孟翔陈维荣张国瑞西南交通大学电气工程学院四川成都611756 国家轨道交通电气化与自动化工程技术研究中心四川成都611756

在满足机车动力性能需求的条件下,运用参数匹配方法对燃料电池系统的重量、体积指标进行了优化.首先,搭建了机车动力学模型,针对列车运行的加速启动、匀速爬坡、最大时速运行3种关键工况,分别得到3个需求功率峰值;其次,基于传统方法,以... 详细信息

在满足机车动力性能需求的条件下,运用参数匹配方法对燃料电池系统的重量、体积指标进行了优化.首先,搭建了机车动力学模型,针对列车运行的加速启动、匀速爬坡、最大时速运行3种关键工况,分别得到3个需求功率峰值;其次,基于传统方法,以最大需求功率峰值为目标,分析了超级电容-动力电池配比;然后,在传统方法基础上,采用改进粒子群算法(improved particle swarm optimization,IPSO),进行了基于系统重量和体积的多目标优化参数匹配计算,得到了最优解;最后,对传统方法和多目标优化方法进行了对比分析.研究结果表明:两种方法均能满足列车动力需求;采用多目标优化方法,为同型燃料电池混合动力有轨电车配置2套150 kW燃料电池,124个超级电容(48 V,165 F)和337个动力电池(3.7 V,9 A h).车辆经32.24 s加速可达时速70 km/h,最大爬坡能力为85.5‰,持续爬坡能力为732.5 m;相比较传统方法,重量和体积优化率分别达到83.075%和86.696%.

关键词：燃料电池混合动力有轨电车混合动力系统参数匹配多目标优化改进粒子群算法

基于庞特里亚金极小值原理满意优化的燃料电池混合动力系统分层能量管理方法

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中国电机工程学报 2019年第3期39卷 782-792,957页

作者：孟翔李奇陈维荣张国瑞西南交通大学电气工程学院四川省成都市610031

针对燃料电池混合动力系统的燃料经济性和耐久性兼顾问题,文中提出一种基于庞特里亚金极小值原理满意优化的分层能量管理方法。该方法以燃料经济性和耐久性为优化目标,采用一级硬性约束、二级满意优化和三级最优控制的分层能量管理,实... 详细信息

针对燃料电池混合动力系统的燃料经济性和耐久性兼顾问题,文中提出一种基于庞特里亚金极小值原理满意优化的分层能量管理方法。该方法以燃料经济性和耐久性为优化目标,采用一级硬性约束、二级满意优化和三级最优控制的分层能量管理,实现对负荷功率的有效分配。通过基于实测工况的实验测试,并与传统基于庞特里亚金极小值原理的能量管理方法进行对比分析,证明了所提出能量管理方法能够有效维持氢耗量较低水平,并能够降低燃料电池发电系统的输出功率波动率,有效提高其耐久性,延长其服役寿命。

关键词：燃料电池混合动力系统分层能量管理方法满意优化庞特里亚金极小值原理

考虑燃料电池效率区间优化的混合动力系统双模式能量管理方法

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中国电机工程学报 2021年第20期41卷 7027-7038页

作者：甘锐李奇江淑娜孟翔陈维荣西南交通大学电气工程学院四川省成都市610031

为提高有轨电车用燃料电池混合动力系统的平均效率、降低氢气消耗以及维持锂电池系统荷电状态(state of charge,SOC),提出一种考虑燃料电池效率区间优化的混合动力系统双模式能量管理方法(dual-modeenergymanagement method considering... 详细信息

为提高有轨电车用燃料电池混合动力系统的平均效率、降低氢气消耗以及维持锂电池系统荷电状态(state of charge,SOC),提出一种考虑燃料电池效率区间优化的混合动力系统双模式能量管理方法(dual-modeenergymanagement method considering optimization of fuel cell efficiency range,ER-DEM)。该方法根据瞬时等效氢耗模型,考虑燃料电池工作效率区间瞬时优化,针对不同初始SOC值与车辆不同行驶状态,在整个工况周期内实时分配燃料电池和锂电池的输出功率,实现系统多项性能瞬时优化。基于RT-LAB半实物实验平台,采用有轨电车典型工况对多项性能指标展开测试,并与等效氢耗最小能量管理策略(equivalent consumption minimization strategy,ECMS)进行对比分析。实验结果表明,所提方法能够提高混合动力系统的平均效率,降低燃料电池氢气消耗量,并维持锂电池SOC趋于理想点。

关键词：燃料电池统混合动力系统瞬时等效氢耗效率区间优化双模式

基于MVTV Copula方法的多风电场电力系统经济调度分析

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西南交通大学学报 2021年第2期56卷 339-346页

作者：李奇潘俞如邱宜彬陈维荣西南交通大学电气工程学院四川成都610031

针对多维风电出力数据间相关性对含有多风电场的电力系统经济调度影响问题,提出了MVTV Copula(mix vine time-varying Copula)方法,以此构建多风电场出力数据随机场景,并建立基于机组燃料费用及再调度费用最小为目标的电力系统经济调度... 详细信息

针对多维风电出力数据间相关性对含有多风电场的电力系统经济调度影响问题,提出了MVTV Copula(mix vine time-varying Copula)方法,以此构建多风电场出力数据随机场景,并建立基于机组燃料费用及再调度费用最小为目标的电力系统经济调度模型.为验证所述方法的有效性,采用IEEE-30节点系统,并以我国某地3个相邻风电场的实际出力为例对所述方法进行了仿真验证.仿真结果表明:不考虑风电出力相关性的经济调度费用仅为实际调度费用的43.6%,而应用所述MTVT Copula方法建模后的再调度费用则更加接近实际调度费用,为实际调度费用的82%,验证了本文所提方法的有效性.

关键词：风电出力相关性 MTVT Copula方法经济调度

多异质能源接入下的无功电压局部/全局融合优化

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中国电机工程学报 2018年第4期38卷 1006-1015页

作者：袁爽戴朝华赵传陈维荣西南交通大学电气工程学院

各类异质能源接入主动配电网,使系统更复杂,控制变量更多,给无功电压控制带来很大挑战。多种异质能源接入条件下,节点类型多样,针对传统灵敏度法只能处理PQ节点的不足,推导PV节点的网损灵敏度和电压灵敏度理论公式,并引入正反两方向灵... 详细信息

各类异质能源接入主动配电网,使系统更复杂,控制变量更多,给无功电压控制带来很大挑战。多种异质能源接入条件下,节点类型多样,针对传统灵敏度法只能处理PQ节点的不足,推导PV节点的网损灵敏度和电压灵敏度理论公式,并引入正反两方向灵敏度计算,提出基于灵敏度的多能源类型配电网无功电压控制策略,并与传统灵敏度进行比较取得了良好效果。针对灵敏度法精度低、易振荡的问题,兼顾灵敏度经验梯度的局部快速搜索能力和智能优化算法的全局搜索能力,提出灵敏度与智能优化算法相结合的无功电压局部/全局融合优化方法,并对IEEE 30节点系统进行仿真,验证所提的新型灵敏度策略和融合优化方法对同时含PV和PQ节点的多能源配电网无功电压优化的有效性和优越性。

关键词：多能源配电系统无功电压调节灵敏度智能优化算法局部/全局融合优化

基于多阶滑模观测器的PEMFC发电系统输出净功率优化控制方法

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电网技术 2022年第3期46卷 1005-1015页

作者：李奇冯嘉尹良震陈维荣西南交通大学电气工程学院四川省成都市610031

为解决质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)系统空气压缩机寄生损耗与快速供给空气流量之间的关联耦合问题,并实现系统净功率提升及其波动率抑制,提出一种基于多阶滑模观测器(multi-order sliding mode obser... 详细信息

为解决质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)系统空气压缩机寄生损耗与快速供给空气流量之间的关联耦合问题,并实现系统净功率提升及其波动率抑制,提出一种基于多阶滑模观测器(multi-order sliding mode observe,MOSMO)的净功率优化控制方法(net power optimization control method,NPOCM)。该方法是根据净功率、氧饱和度、负载电流的关联关系求解氧饱和度的最优运行轨迹,利用MOSMO和准连续高阶滑模(quasi-continuous higher order sliding mode,QCHOSM)实现对净功率的优化控制。其中MOSMO使用非线性高增益反馈的滑模算法使内部不可直接测变量在误差范围内迅速跟随系统实际值,实现氧饱和度的准确估计。QCHOSM算法通过对虚拟控制量(即实际控制量的导数或高阶导数)积分作用得到系统控制量在时间呈连续状态,有效减弱了不连续的高频控制切换项给被控对象带来的不利"抖振"现象,使氧饱和度响应速度快,超调小,加快氧饱和度的动态响应。最后,在RT-Lab半实物平台上进行对比试验验证,证明了所提出的NPOCM方法能够有效提高系统净功率和"削弱"系统抖振,且在抗扰动性、调节时间、超调量方面均具有较好的优越性。

关键词：氢能燃料电池发电系统净功率优化控制

基于改进EKF算法和电堆功率需求的PEMFC空气供应系统调节

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中国电机工程学报 2021年第19期41卷 6550-6559页

作者：左杨戴朝华郭爱陈维荣西南交通大学电气工程学院四川省成都市611730

质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)空气供应系统机械惯性大,难以快速响应负载需求,且受外部噪声和系统内部不确定性影响,控制精度和响应速度难以达到要求。针对这一问题,提出基于改进扩展卡尔曼滤波(improv... 详细信息

质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)空气供应系统机械惯性大,难以快速响应负载需求,且受外部噪声和系统内部不确定性影响,控制精度和响应速度难以达到要求。针对这一问题,提出基于改进扩展卡尔曼滤波(improved extended Kalman filter,IEKF)算法和电堆功率需求的PEMFC空气供应系统调节方法。该方法采用EKF调节空气供应过程,即根据瞬态响应过程过氧比(oxygen excess ratio,OER)预测状态调整空压机输入电压,并引入干扰噪声补偿,以改进EKF的性能。同时基于负载功率设计一种计及功率需求的前馈控制器,避免电堆在剧烈变载时出现"氧饥饿"现象,缩短负载追踪时间。最后,基于Stateflow有限状态机硬件实验平台将IEKF与EKF和无迹卡尔曼滤波(unscented Kalman filter,UKF)进行对比分析,结果表明所提方法具有更好的控制精度和响应速度,OER最小值由1.10增至1.65,调节时间由4.47s缩短至4.15s,"氧饥饿"程度有效缓解。

关键词：质子交换膜燃料电池空气供应系统扩展卡尔曼滤波过氧比前馈控制状态预测

基于电流断路法的空冷型燃料电池阻抗谱实验分析

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中国电机工程学报 2012年第29期32卷 87-93,I0013页

作者：王珂陈维荣韩明李奇游志宇西南交通大学电气工程学院四川省成都市610000 淡马锡理工学院工程学院新加坡529757

空冷型质子交换燃料电池具有冷启动速度快、效率高的优点,因此被广泛应用于中小功率燃料电池的设计中。空冷型质子交换膜燃料电池结构简单,其附属风扇既负责供氧又负责散热,因此风扇风速对燃料电池性能有较大影响。利用简化的Randles等... 详细信息

空冷型质子交换燃料电池具有冷启动速度快、效率高的优点,因此被广泛应用于中小功率燃料电池的设计中。空冷型质子交换膜燃料电池结构简单,其附属风扇既负责供氧又负责散热,因此风扇风速对燃料电池性能有较大影响。利用简化的Randles等效电路模型和电流断路法测出了不同风速下燃料电池的阻抗谱,并对实验结果进行了分析和讨论。该方法对比传统方法时效性更好,可以测量瞬时阻抗谱,测量所需时间短,并且不需要昂贵的设备。最终的实验结果表明,风速过高会导致交换膜水淹,另一方面风速过低会导致供氧不足,因此合适的风速使燃料电池性能更好。

关键词：燃料电池交流阻抗谱电流断路法

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中国电机工程学报 2018年第20期38卷 6045-6052页

作者：刘嘉蔚李奇陈维荣燕雨西南交通大学电气工程学院

为解决有轨电车用燃料电池电堆系统（fuelcellstack system,FCSS）故障分类问题,提出基于多分类相关向量机（multi-class relevance vector machine,m RVM）和模糊C均值聚类（fuzzy C means clustering,FCM）的有轨电车用FCSS故障诊断新方法。该方法利用FCM形成标准聚类中心,采用m RVM对测试样本实现多分类,能有效剔除奇异数据并提高模型分类正确率。实例分析表明,所提方法可快速识别氢气泄漏、去离子水加湿泵低压、空气压力过低和正常共4种健康状态,分类准确率可达96.67%,为有轨电车用FCSS在线故障诊断研究提供参考。

关键词：多分类相关向量机质子交换膜燃料电池故障诊断混合动力有轨电车模糊C均值