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高温燃料电池-燃气轮机混合动力系统是上世纪末、本世纪初刚刚兴起的一种高效、环保的新型动力系统,在未来发电领域具有广阔的应用前景。然而,高温燃料电池-燃气轮机混合动力系统是一个复合过程、一个复杂的能量转换过程,该类系统的非线性特性及其协调控制问题一直是悬而未决的难题。本文以由熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)和燃气轮机(GT)等组成的混合动力系统为研究对象,提出了基于MCFC-GT混合动力系统非线性特征的协调控制方法。具体如下:(1)MCFC-GT混合动力系统数学模型的建立本文采用机理建模的方法,建立了MCFC-GT混合动力系统的集总参数模型,研究MCFC-GT混合动力系统的稳定运行以及对外界扰动的相应特性。(2)基于总能概念的MCFC-GT混合动力系统特性分析本文讨论了MCFC-GT混合动力系统不同工况下的工作性能,结果表明:MCFC-GT混合动力系统具有较高的发电效率,但系统的工况变化范围较小,可通过调节燃气轮机的转速来改善系统的变工况性能。然而,采用变转速燃气轮机的运行方式将削弱底层循环的作用,不利于充分发挥MCFC-GT混合动力系统的优势。(3)MCFC-GT混合动力系统的动态特性分析本文首先对MCFC的动态特性进行深入研究,得到了MCFC的温度分布特性。在此基础上来研究MCFC-GT混合动力系统的动态性能。结果表明:MCFC-GT混合动力系统在设计点工况下的工作性能最佳;系统对外界扰动的响应速度较慢,稳定时间较长。(4)实验研究本文进行了MCFC电堆、压气机性能及透平性能实验,对MCFC-GT混合动力系统的仿真模型进行了部分验证。仿真结果与实验数据能很好吻合。(5)MCFC-GT混合动力系统的协调控制研究MCFC-GT混合动力系统是被控特性非常复杂的对象,针对系统的非线性特性,本文提出了三种协调控制策略,建立了一个模糊协调控制器。对MCFC-GT混合动力协调控制系统的仿真研究表明,该控制方法稳定性好,且动态性能具有较小超调量和较短调节时间。