线路故障指示器和系统的可靠性及质子交换膜燃料电池的冷却水电路建模和温度的模糊控制

线路故障指示器和系统的可靠性DavidJ.Krajnak,P.E.Non–MemberSeniorProductSpecialist,SystemReliabilityCooperPowerSystemsPewaukee,WI摘要:线路故障指示器(FCIs)是很有用的工具对提高系统的可靠性。虽然单独一个FCIs也许无法防止供应中断或与系统的可靠性相关的其他问题，FCI应用可以帮助识别配电系统的故障区域,同时减少值班人员查找定位故障电缆的时间,从而减少停机时间。为跟踪减少停机时间，FCIs的应用可以联系到像系统平均中断时间指数(SAIDI)和用户平均中断时间指数(CAIDI)的停机统计。通过使用FCIs能够花更少的时间识别并找出故障电缆，提高值班人员的生产效率，使有更多的时间花在生产系统的操作、改进上。除了真正地为公用设施节约成本和提高效率，减少停机时间，使用FCI还可以帮助提高客户满意度。对于那些可能由于供电中断导致重大生产事故的工商业用户来说，减少停机时间可以帮助他们降低因供电中断而造成的生产成本。随着在设计速度方面的创新产生更多基于绩效被保人，FCIs通过保持在可接受范围内的服务质量可以帮助公用单位避免为事故买单。随着近年来的技术进步，故障指示器变得更加可靠，其新颖独特的功能保证了线路故障指示器在提高系统可靠性上的有效应用。关键词—线路故障指示器，配电系统可靠性，减少持续停机时间，SAIDI，CAIDI，可靠性成本/效益分析1引言线路故障指示器(FCIs)可以作为很有用的工具对提高系统的可靠性。通过允许操作人员在两个交换点之间迅速查明故障的位置，FCIs可以减少工作人员在电缆和架空线路定位故障的时间，让操作人员隔离故障部分，并开始进行必要的维修。线路故障指示器的优势不难实现：通过减少查找故障时间来减少总的停机时间。虽然公用事业可能无法都避免每个由电缆或架空线路故障引起的永久性故障，但是FCIs可以帮助减少发生故障时的停机时间,让用户更加满意!通过减少电缆故障造成的永久性停机时间，公用事业可以提高作业人员的生产率，并节省营运成本。从用户的角度，减少停机时间意味着减少不便，同时对于工商业用户来说，生产力损失是可以避免的。故障指示器的应用使用户和公用事业的利益能以节约的成本和减少的停机时间的形式量化。FCIs可以用作段电响应装置，也可以用来帮助识别电力配电系统故障区域，这时线路故障指示器的效益就很容易显示出来。公用事业单位可以应用故障指示器在用户投诉出现短时断电或者收到警报灯的地方。发生短时故障或者其他系统事件引起自动重合闸动作或者电压骤降的位置到时也可以确定。公用事业便可以应用确定故障点的方法防止同类型的事件发生。减少停机时间或者基本上防止短暂断电，都能够使工商业用户节省数千美元。2系统可靠性指标像SAIDI和CAIDI那样，故障指示器使用优势的测试和测量值使用可靠性的分析有助于量化电缆故障指示器的优势。越来越多的公用事业为提高系统可靠性而实行进程跟踪测量，无论是为自己使用或是作为监管机构的授权，通过使用故障指示器而产生的停电时间减少，会因此改善衡量停电持续时间的指标。此外，对于使用故障指示器的好处，其背后的原因不难看出来。巡查时间减少导致停电时间减少，这可以通过检查系统平均停电时间指数（SAIDI），为每一个客户提供每年平均停电时间定量测量，或客户平均停电时间指数（CAIDI）的测量，为在一年期间中断的客户提供平均停电时间测量来进行量化。这些测量可以分析之前和之后的故障指示器在配电网络中的应用。SAIDI和CIAIDI指标改善后，相应地停电时间也减少如SAIFI和MAIFI，可靠性测试，显示的是断续频率而不是停电时间，通过故障指示器的使用可能会被间接地改善。FCIs是一种查找故障线路的工具，通过使用FCIs可以优先做到防止断电，以此来改善这些指标。因此，尽管线路故障指示器的使用可能会被认为是一种工具用来防止断电，但是线路故障指示器是一种协助电力设备提高反应断电故障的主要的工具。3案例分析为了进一步量化指标的故障使用的好处，并确定故障指示器怎样提高系统可靠性参数，其中使用CooperPowerSystemsDistrelyTM软件来检测一个研究案例。一个由简化的实用反馈线组成的基本案例使用下列关于系统可靠性和实用响应中断的数据来建模：电路故障0.261每年每英里电路的总长度141.7公里25％的永久性故障平均修复时间=3小时除了在反馈线上的一点的单重合闸和二次线路上的熔丝开关外，没有其他系统保护装置存在。若主反馈线上发生故障时变电站断路器可以提供保护。因此，反馈线上任何一点的故障条件都可能会影响到所有用户使用的支线。将故障指示器放置在软件模型系统的六个地点，在这些点上支线分为两支（见图1）。然后检查这两种操作方案。第一种方案假设系统在变电所开始查找。在支路分岔点的故障指示器指示故障电流朝哪个方向走，哪条支路的系统查找就应该继续。图1线路故障指示器的理论布点第二种情况假设作业人员可以得到一些有关的故障定位的信息，这些信息是从收到用户断电投诉中得到的。因此，从断电报道点开始查找会进一步减少查找里程。对于两种实施方案，从故障指示器翻牌反映的信息减少了定位电缆故障区域的查找总支路长度。该分析表明，对于方案1，支路故障定位巡逻总里程，查找时间，相对于基本情况减少了46％。对于方案二，巡逻里程减少了80％由于巡逻时间是总停机时间的一部分，所以巡逻时间的减少将导致停电时间减少。假设一小时的停机时间，在应用故障指示器之前是用于故障定位，而仿真结果表明方案1减少15％的停机时间，方案2减少26％停机时间。这些结果推断到系统广泛使用的故障指示器，以及全年停电类似，停电持续时间在每次停电的平均减少可能使系统可靠性的停电时间指数类似比例地减少（见表1）。表1基本案例系统和故障指示器使用的可靠性指数比较从本示例的结果看出，仅作为提高系统的可靠性的一步，简化实用馈线模型的故障指示器应用，或许不能使用电单位达到SAIDI和CAIDI指数的目标。但是，仿真结果表明，在巡逻时间和停电持续时间的大大减少，，可以实现使用故障指示器的目的。根据系统类型，操作方式和巡逻时的实际地形，巡逻时间的实际减少可能会介于两个提出的方案之间。但在整个配电系统应用故障指示器将会对系统的可靠性指标产生重大影响。此外，系统模型是一个架空配电系统，其中对电缆和设备损坏的迹象，或者保险开关动作，展现得更为明显。当应用到地下系统，其中地下系统的故障较难查找，并且巡逻和恢复时间都大大延长，故障指示器的使用可以有更大效果，总停电时间减少高达60％[3]。4故障线路指示器的经济性对于系统可靠性的经济性，通过故障指示器的使用减少了停电时间，可真正地为用电单位和用户节约成本。停电时间的减少意味着为工伤用户节省了几千美元，其中主要通过避免停电造成的生产损失。表2工商业用户平均停电费用[1]从实用角度来看，如果作业人员花更少的时间巡逻断电故障，则可以有更多的时间在实际修理或生产经营和配电系统的完善，用电单位可以提高生产效率，降低成本。例如，使用由个案研究提出的额外数据，运用案例研究结果，并假定每小时花费250美元船员和卡车成本：（0.261故障/电路英里/年）（l41.7公里线路长度）=37中断每年(1)（3小时修复时间）（0.26减少停机时间）=0.78小时节省每停运(2)（0.78小时保存）（37停机/年）=28.86小时保存/年(3)（28.86每小时保存）（$250/h线路船员成本）=7215美元每年可节省(4)在实用工具的具体成本，作业流程，以及关于断电的具体情况的变化，意味着实际成本储蓄也将有所不同，但是，这个例子表明，节省是可以量化的。从生产力的角度检查，而不是节省成本，这意味着近29小时在线工作人员每年可用于生产系统运行和改进，而不是查找故障。故障指示器使用的其他益处呵呵停电持续时间的减少可能更难以量化，但仍可予以考虑。努力提高配电系统的可靠性可以帮助用电单位维持甚至提高客户满意度，提高客户信心和用电单位的公众形象。而且，随着越来越多的单位面临解除管制，并开始争夺客户，系统的可靠性将可能发挥作用在保留老客户和吸引新客户。故障指示器可能是改善断电响应和系统可靠性总体规划的重要组成部分。如SAIFI,SAIDI,CAIDI和MAIFI可靠性和测量，在实用性能控制指数和基于性能的费率制定的使用中变得越来越流行。改善系统的可靠性，如故障指示器的应用，使这些可靠性措施得到改善，可以帮助公用事业单位维持服务质量，避免对性能基率缴纳罚款，或在服务质量指标削减向监管机构申请。从经营的角度来看，故障指示器的使用可减少系统的损耗，并可能有助于避免由“试错“故障查找的系统反复压力造成的潜在故障。如果没有故障指示器的使用，经营者无法隔离电缆正常区域。截止到故障状态保护装置会对电缆和其他设备造成额外的压力。与用故障指示器查找故障，这种故障需要更多的时间查找，并会造成相应的安全问题。故障指示器可以第一时间将工作人员引向正确的故障位置。维修和电源就可以开始恢复得更快。5故障指示器的可靠性在过去，事业单位应用故障指示器观察过许多问题，但是对它们的性能并不满意，通过故障指示器设计先进技术的使用，这已经被克服了。大多数故障指示器制造商都用“故障指示器测试向导”ANSVIEEE495-1986测试自己的产品，以确保得到运行可靠和持久的产品。在今天的电子故障指示器产品，那些由于邻近电路的情况，自动合闸操作所引起的浪涌电流，或其他系统瞬变引起的误动作，可以很容易地消除。例如，在故障指示器中，使用电流互感器来检测故障电流，几乎消除了电缆附近安装的指示器因虚假跳闸上可能会出现故障。感应电流互感器的设计也允许添加低通滤波器到故障指示器，消除电缆上浪涌电流的假脱扣现象，即在电缆储存的电能释放到故障位置。随着故障产生的电缆涌出电流能引起故障位置外的故障指示器动作。低通滤波器消除了这个问题，防止故障指示器因这种更高频率电流而跳闸。涌流制动功能将防止故障指示器因重合闸操作产生的涌入电流而误动作。此外，在故障指示器的设计创新，使故障指示器，更可靠和更容易应用。指示器感应当前和其他系统的变化率而非具体的动作设置条件，以“一刀切“的方式运用故障指示器表明这一趋势。这进一步保证了通过使用故障指示器获得的信息是可靠的，而故障指示器的应用可以有效地帮助减少停机时间。6结论对FCIs使用可减少停电时间，提高营运效率，提高可靠性指数。故障指示器是一种廉价的提高系统可靠性的方法。作为迈向提高了系统的可靠性的第一步，或作为一个整体系统的可靠性改进计划的一部分，其中包括保险丝，重合闸或其他过电流保护，线路故障指示器作为提高配电系统可靠性的工具有很大的益处。这些好处是可以通过减少运营成本和提高可靠性指数的形式实现。电力用户也通过避免生产损失和长时间断电相应的不便之处缩短停机持续时间有好处。不管是否是为提高系统的可靠性，故障线路指示器可以成为解决系统可靠性问题的重要组成部分。额外的探索和案例研究有助于进一步量化指标的故障使用的好处。通过使用故障指示器，检查地下以及架空系统将提供一个可能在全系统的基础上对减少停电时间的更真实的分析。此外，故障指示器在与重合闸，或系统其他过流保护一起使用时，作为整体系统的可靠性改进计划的一部分，可以进行检测。这也可能有助于确定一个设备的最佳组合，以提高系统可靠性和断电响应的性价比最高的方法。7参考文献[1]Sullivan,M.,T.VardellandM.Johnson,“PowerInterruptionCoststoIndustrialandCommercialConsumersofElectricity,”IEEETransactionsonIndustryApplications,vol.33,Nov./Dec.97.[2]Bishop,MartinT.andChrisA.McCarthy,“DistributionSystemReliability,”PennsylvaniaElectricAssociation,DistributionCommittee,Matamoras,PA,April6,1999.[3]Iverson,JonS.andNangyalaiGul,“ReducingURDOutageTimeUsingFaultedCircuitIndicators,”IEEEPEST&DConference,April1994.8感谢ChrisA.McCarthy,SystemsEngineeringGroup,CooperPowerSystems,contributedtothispaperthroughthedevelopmentofthecasestudyandtheanalysisusingtheCooperDistrelysoftware.9个人简介DavidJ.KrajnakisaSeniorProductSpecialistintheDistributionReliabilitygroupatCooperPowerSystems,Pewaukee,WI.HereceivedhisBachelorofSciencedegreeinElectricalEngineeringfromtheUniversityofWisconsin-Plattevillein1991andaMastersofBusinessAdministrationfromtheUniversityofWisconsin-Whitewaterin1999.BeforejoiningCooper,hespentseveralyearsatWisconsinElectricPowerCompany,workinginthedistributionengineeringandbusinessdevelopmentgroups.质子交换膜燃料电池的冷却水电路建模和温度的模糊控制摘要质子交换膜燃料电池（PEMFC）的安全和高效运营的必须要靠效的温度管理是，质子交换燃料电池（PEMFC）的。循环冷却水一般用于消除燃料电池的电功率超过5千瓦多余的热量。为了使得燃料电池保持工作在理想的温度范围，本文提出一种冷却水循环冷却系统的建模方法及模糊温度控制的方案。首先，一个冷却水循环系统数学模型的开发，其中包括燃料电池热模型，水库模型，水泵模型，旁通阀的模型，热换热器模型和燃料电池电化学模型。其次，按照既定的设计模型，控制经验规则而设计的增量模糊控制与集成技术。而燃料电池的温度和循环冷却水入口通过调节温度控制循环冷却水流量和旁通阀因子分别。最后，所建立的模型和模糊控制器进行了仿真和在Matlab软件分析，仿真结果表明，增量与积分模糊控制器能有效地将燃料电池冷却水入口温度控制在理想的工作范围。此外，建模和控制过程十分简洁，并且可以很容易地应用在燃料电池在不同功率等级的实时温度控制中。关键词：质子交换膜燃料电池；水冷；数学建模；温度控制；模糊控制；1、引言质子交换膜燃料电池（PEMFC）的是一种使用燃料电池的质子导电聚合物的膜作为电解质的质子，而不是气体。作为一种清洁能源转换技术，燃料电池的高功率密度，低操作温度，快速启动能力和寿命长的特点吸引了外界更多的关注。因为燃料电池的性能和可靠性在很大程度上取决于其工作温度，从40到100不等。当燃料电池在产生电能的过程中，大量热能将随之产生。在一般情况下，温度过低将导致电化学反应反应速率减慢，降低燃料电池的性能。另一方面，温度上升可提高电解液中的质子膜的运动速度和电化学反应速度，从而提高了燃料电池的电压和功率。然而，温度过高会增加水蒸汽部分的压力，影响分子运动而阻碍反应的进行，降低了电极反应催化层的厚度，极大地影响燃料电池的性能，并且使脱水更加严重。此外，当温度超过100℃数学模型是控制系统的基本设计，一些研究人员已经在燃料电池建模的方面取得了很大进展，提高了燃料电池的性能。A型的建立了数学模型的内部文献机制，从一维不等非等温模型到三维非等温和非等压模型，但因为它的大容量和计算的速度慢，不能应用于实时控制设计。另一种类型的建模方法是数据驱动

黑盒方法，这是基于输入与输出的大量实验数据，因此它嵌入的能力尤为突出，但它是在缺乏外来推理能力。气体加湿设备在设计和建造的温度和湿度控制反应物的燃料电池，以及低阶模型加湿系统模型的热动力学参数确定使用的实验数据。一常用的燃料电池系统开发模式是由堆栈电压模型，阴极流模型，阳极流模型，膜水化模型，周边空气压缩机模型，供应流形模型，静止空气冷却器模型，静态加湿器型号，返回流形模型，氢气流模型。该模型全面介绍了燃料电池系统的动态过程，包括流和惯性动力学压缩机，阳极和阴极流形充填动力学，反应物分压，和膜湿度，但燃料电池的温度视为常数参数，而不是一个变量，因此，燃料电池系统的热效应不采取考虑。关于燃料电池的控制问题，这也是许多报纸极为关注的问题。古典幅频域控制系统的设计方法应用在燃料细胞氧气过量比控制为基础的传递函数模型。在文比例积分（PI）反馈控制结构，提出了控制燃料电池的功率密度，温度，湿度和氧气摩尔分数的基础上一个简单的模型。一个非线性模型预测控制方法提供了数据驱动基础模糊温度模型。一个饲料期望与反馈扰动抑制比例积分微分控制方法是基于一种线性显示温度模型。一个降阶近似​​燃料电池模型，动态，以成电压，电流，材料帐空间的依赖流动和温度特性，和一个非线性模型预测控制器的设计，让使用最优控制，以满足电力需求强劲，以及同时减少燃料消耗，最大限度地效率，而这种权力的控制效果存在稳态误差。一个的超电容混合配置和在燃料电池应用在快速的瞬态电流，以避免燃料电池氧饥饿。和动态矩阵控制战略的目的是控制氧气过量比基于在混合线性状态空间模型。线性二次型调节措施适用于燃料电池的温度为了控制燃料电池压力和湿度，执行机构调整使用静态输出的反馈控制器的阳极燃料电池堆，并在收益表列控制器开发弥补水饱和蒸气阴极条件。在线性比例控制策略，用于控制平均功率固体密度和平均温度基于从台阶试验的传递函数模型燃料电池的分布参数模型。一上线内部模式优化自适应非线性预测控制器应用于寻求一个燃料电池的峰值功率查明正交基-Wiener模型。一次充电持续监督权的基础上开发控制器一个模型的预测反馈法，最大限度地减少了热身一个燃料电池混合动力系统的持续时间优化控制燃料电池动力之间的分裂系统和电池以及一个辅助操作加热器。以前的控制方法是可行的只有当燃料电池模型是不够准确和控制器进行假设一个发达完善的经营知识条件的燃料电池系统。植物不确定性，如在膜性能随时间变化或变化环境温度，可能会影响性能造成控制系统等，因此，更可靠的控制设计技术，应进行调查，以保证系统性能。此外，上述控制的最算法的目的是在燃料电池电力控制，而燃料电池温度的控制权是为补充对权力的控制，甚至不考虑冷却回路控制设计。因此，有必要建立一个准确的冷却剂和简单电路模型，并找到合适的控制方法动态温度控制。一般来说，可用于循环冷却水在去除多余的热量该燃料电池的电功率超过5千瓦。在为了有效地控制燃料电池的温度，冷却剂燃料电池是一种电路模型基于物理摩尔保护原则和能量平衡的理论。然而，广义控制器性能在很大程度上取决于一个准确的模型的有效性。随着因此，常规的控制策略的应用可能导致无法接受的闭环性能。该控制器必须是强健的不确定性在非保守必须满足的方式和目标，如闭环跟踪，管理和干扰衰减。相比与传统的控制策略，模糊控制是适当的使用在温度控制应用，因为它是更快，更便宜和更容易实现发展。2．质子交换膜燃料电池水冷模型2.1质子膜燃料电池热模型根据能量守恒定律，燃料电池的能量来源于电化学反应Qtot，输入气体能流率Qin，输出气体能流率Qout，负载消耗功率Pst，冷却系统冷却热能Qcl，以及在堆栈表面散发出去的人能Qamb，这些变量共同决定燃料电池温度Tst的变化。这里，Mst是燃料电池堆栈质量，Cp,st是燃料电池具体的热能，在燃料电池氢氧电化学反应中，氢的反应摩尔流量NH2，氧气的反应摩尔流量NO2，由函数变量n，燃料电池电流Ist，和法拉第常数F表示为：燃料电池电化学反应的总能量是由参与反应的氢元素，△H，以及参与反应的氧气的反应摩尔流量共同决定的，关系方程为：为了简化分析，输入气体根据消耗的气体按比例化简。因此阳极流入的氢摩尔流量Nan,H2设为λh2倍的反应氢摩尔流量。同理，阴极气体输入流量Nan,H2，设为λO2倍的反应氧摩尔流量Nca,O2/21%。同时，将输入气体加湿至饱和，阳极输入气体摩尔流量Nan,H2O和阴极输入气体流量Nca,H2O用下式表示：这里，Tan/Tca是阳极/阴极输入气体温度比，Psat是饱和气体压强。所以，输入气体能留率Qin计算方法如下：根据摩尔定律，输出气体摩尔流率应该表示为：假设反应室内部气体是饱和的，因此，阳极/阴极气体输出因表示为：假设通常情况下水呈液态，因此输出气体能流率Qout为：尽管水冷系统能带着热量，出口冷却剂温度就是堆栈温度，被水冷系统带走的热量用下式表示：式中，Wcl是冷却通量（1/s），T1是冷却剂出口温度。堆栈表面的热消散率由环境温度差异和热阻尼推断出来：式中，Tamb是环境温度，Rt是燃料电池热阻尼。此外，为了分析电池发电能力，燃料电池电化学反应模型已经在附录上。2.2冷却剂储藏模型水库作为冷却剂的储存量为冷却液，并允许疏散空气冷却液中的任何电路。由于水库和它包含的冷却剂代表一个大的热惯性，制定一个随时间变化对温度的变化有被发现。该在水库冷却水温度表示如下式中，T2是冷却水储藏器温度，Mrv是储藏器质量，Cp,rv是储藏器的比热，krv是自然对流换热系数的水库。假设自然对流换热系数包括水库内的自然对流，在热交换器和冷却剂回路管道。2.3冷却水泵模型热能监控电路中的冷却剂泵的作用是在提供所需的磁通冷却液流量。将泵的转速通过施加电压调整到泵马达。较高冷却液的流量，更多的搬迁热能。该泵的动态模型是根据电机电枢电压Vcl（0-48V），电机电枢电流icl和电机角速度wcl为基础建立的。变量之间的等量关系如下：式中，Lcl是电机电枢电感，Rcl是电机电枢电阻，kt,cl是电机恒转矩，Jcl是转动惯量，Mmot是电机转矩，Mfric是摩擦力矩，kf,cl是摩擦系数。惯性和

摩擦系数不仅包括机械惯性和摩擦，而且还包括冷却液的惯性，冷却液与管壁之间的摩擦。一般来说，电气和机械时间常数时间常数为冷却剂泵的显着缩小比占主导地位的冷却剂的热时间常数电路。因此，冷却液的泵动态模型可以化简为到稳定状态的传递函数。在公式20和公式21中，确定了所有时间导数的值为0，解决了计算电机角速度的值的问题：所以冷却水流量Wcl（1/s）由下式给出：式中km,cl是速度流量系数。2.4旁通阀模型冷却液入口温度可控制在实时通过调节阀门开宽度。开幕宽度的旁路阀被假定为线性与一个因子k来简化建模分析。因此冷却剂出口温度T1能表示为冷却储藏器温度T2的函数，液体对液体热加换出口温度T3和k。2.5热交换模型该液体-液体式换热器是用来清除多余的热量从燃料电池。在燃料电池中加热冷却剂热量传递给冷却水，因为它传递的热量通过换热器。为了获得在冷却液温度换热器出口处，与热管传热换热器需要作为一个函数来描述的寒意水和冷却液通量。计数器的流动效率E式换热器，可以计算如下。式中，NTU是热交换器的热转移单位数量，CR是容量比，它们可用下式表示：式中，Cmin是最小热容量比，Cmax是最大热容比，Wcl是冷却水流量，Cp,cl是冷却剂的热量，Wcw是冷却水流量，Cp,cw是冷却水的热量。当Ccp,clWcl<Cp,cwWcw,能用用线性逼近近似表示出来：式中，kx是给定热交换器的热交换率通量系数，ε0是与于热交换类型无关的常数，当CR趋近于0的时候，能用下列式子表示：冷却水流量Wcw比冷却剂流量Wcl更快，因此，热交换效率可以用线性函数表征。热交换器出口温度T3可以用关于冷却水温度Tcw和冷却剂入口温度T2的函数表示：式中，ε是根据冷却水流量线性拟合的热交换效率。到此，质子交换膜燃料电池的冷却剂循环模型已经建立完毕，下面主要介绍模糊控制器的温度增量与积分。3．模糊控制器的温度增量与积分模糊控制技术已广泛应用于工业进程，特别是在情况下，在传统的控制设计技术难度很大。它的主要优点模糊逻辑控制器，它可以被应用到植物这是很难获得的数学模型，以及控制器可以被设计为适用于反映启发式规则人类专家的经验。在一般情况下，燃料电池的温度受多种条件，如进气流量，温度，压力，环境条件，电力负荷等。输入气体流量将受到影响的电力负荷的变化，随着产生的热量和电力的变化。为了抵抗干扰和保持温度在理想范围，增量模糊控制器积分是按照既定的设计模型，经验法则的控制，其结构如图所示。对于二维（2D）模糊控制器的输入，采样温度误差及其变化率的模糊发送控制器，然后增量模糊输出的计算通过模糊化处理，模糊推理和去模糊化，同时控制器的输出为达到通过增加积分增量和并行以前的控制音量输出值。同样，只有采样的温度误差为1维必要（一维）模糊控制器的输入。增量设计一个模拟的行为专业运营商，去补上的任何偏差系统的响应，从理想状态。该控制器可以克服突然干扰根据错误的输入和错误的推导，同时积分器可以消除温度稳态误差，其详细引进提出下一步。3.1控制器传递函数控制器的输入输出第一个输入变量考虑的是错误，如定义参考温度之间的差异和实际测得的温度值。随着比例因子，物理宇宙区域温度误差e（k）是转移到宇宙模糊新兴市场地区的错误（金）。对于二维模糊控制器，第二个输入变量认为是错误的衍生物，已取代直接由错误的变化连续两次的样品，以尽量减少目标对量化误差的影响。随着比例系数KEC的，物理宇宙区域温度误差推导德（k）是转化为错误的推导民主主义（金）模糊的宇宙区域。的模糊增量输出控制器，推导出模糊的经验在两个输入变量的值的规则，错误及其衍生物。其中FL是模糊推理功能，FL是简化。区与比例因子，模糊宇宙区域增量输出道姆（k）是转移到物理宇宙区域。通过应用Z变换，第二部分是模糊增量输入，1/（1ž1）等价总结。ü控制体积的变化不会停止，直到图1模糊控制器框图e是错误等于零，则没有稳态误差存在。3.2模糊化和逆模糊化模糊化和模糊化转换的模糊化的输入的数值为模糊语言变量设置变量，与模糊性在一个模糊集的特点是其隶属函数。这分类中的集合的元素，并且可以由函数组成或图形表示。论域中的模糊子集模糊控制器的输入的em（k），和输出△um（k），通过比例因子和量化因子的转换，被分配在区间[-6,6]内。他们描述了7模糊子集，A1{负大（NB），负中（NM），负小（NS），零（O），正小（PS）的，正中（PN），正大（PB）},i=em,△em,三角um。令NB的隶属度为Z型函数：令PB的隶属度为S型函数：令其他子集的隶属度为高斯型函数：“形“的隶属函数是一个重要的准则，必须考虑。em,△em，△um的隶属度如图2所示。低分辨率的模糊集套适用于大的误差范围，而高解析度模糊集用于在小误差范围，从而其分布是不均匀的，以提高控制分辨率。结果产生的模糊不能因此对所用应用，为了提高控制精度，必须使得它们的分布是不均匀的。一个模糊值不能直接用来控制被控对象，我们需要将其转换成精确量，这一过程叫做逆模糊化，我们通过下面的式子来实现：因此，去模糊化转换推断行动形成一个连续信号的增量更改为相应的控制器参数。

图2模糊论域3.3模糊推理规则规则库的大小是直接推断的数量模糊集定义为输入变量，涵盖了所有可能的组合，产生ifthen模糊规则，与或逻辑推理的规则。模糊推理规则被定义上的专家经验的基础上在燃料电池温度控制协议，具有以下设计标准：控制面必须均匀，没有突然跳跃或间断，以保证系统稳定性，所有的输入变量的可能组合必须遮盖，考虑到他们的所有模糊集合都是真实集合的映射，规则库必须是对称的，一旦已经确定，系统的行为是相似的或正或负变化中的系统响应。为了限制过度和噪声的影响在输入信号，它必须是一个保守的设计实施控制系统。相对于绝对误差，优先处理衍生误差。对一维和二维的规则库增量模糊逻辑控制器载于表一和2，它们的相对控制面如图所示。4。正如图所示，控制面高度非线性，控制决议的范围是低大错误，而在小范围的高误差。下面的步骤总结了增量行动与积分模糊逻辑控制器。（1）规定的最低和最高值温度误差e（k）中的温度误差变化△e(k)，和增量控制信号△u（k）。（2）用适当的采样间隔比例因子，寻找温度误差的量化值和当前转变温度误差。（3）决定相应的模糊集及其隶属函数的函数值的变量。（4）通过模糊控制规则确定增量模糊输出。（5）找到所需要的△um的值，通过质心去模糊化的方法，输出控制量△u和比例因子。（6）将增量模糊输出△u（k）时，并行积分增量△u（k）和之前的控制量输出值u（k-1）求和得到控制器输出u（k）。总之，增量与积分模糊控制器具有抗干扰，稳定的误差消除能力强的特点。4.仿真和结果的比较从以上的部分，冷却水循环系统的数学模型的开发，其中包括燃料电池热模型，油藏模型的冷却剂，冷却剂泵型号，旁路阀门型号，换热器模型和燃料电池电化学模型，温度增量模糊控制与集成策略说明。因此，建模，控制仿真，结果比较与传统的方法说明了这一节。4.1仿真准备冷却液的电路建模和温度的模糊控制在Matlab的燃料电池是r2009b软件模拟。建模与控制结构如图所示。图中所示，在电池温度TST和入口冷却液温度T1是两个增量控制与积分模糊控制器。为了维持燃料电池在理想的工作温度，低温冷却剂应用于带走多余的热量的燃料电池，因此二维增量与积分模糊控制器实施循环冷却水流量调节世界劳联。同时，为了提高燃料寿命细胞，最好保持一个相对较小的温差冷却液之间的进口和燃料电池。因此，进口冷却液温度设置7K表劣于燃料电池的温度，方便，快捷和一维增量模糊控制器与集成设计通过调节旁通阀k的因素。对于给定的燃料电池，温度受到诸如氢气入口流量等许多操作条件的影响，还与流速和进风口的温度，阳极压力，阴极压力，环境温度，冷却水进口温度和流量等有关。为了简化燃料电池的非线性建模与控制，电流决定由不可控负荷，气体入口流速根据不断变化的电流。因此，在仿真中，以当前燃料电池测试为输入，这是由多个负载输入电流的步骤。如图3。相应的下面演示了模拟条件。氢气输入流量LH2=1.5，空气流量输入因子=2，阳极/阴极输入温度TA/TN=323K,阳极压力Pan=2.9atm，阴极压力Pca=3atm。在一般情况下，燃料电池的正常工作温度之间的313K-373K范围内，理想的操作温度为343K，所以在电池温度论域是设为[30，30]K，量化因子ke=0.2将经典集合转换成为区间为[-6,6]的模糊论域，当前步骤进行实验模拟，最大温度误差作为变化率达到0.172K/s的，所以令温度变化率论域为[-0.172，0.172]K/s，因此比例因子kec设为34.9。将经典集合转换为模糊集合[-6,6]；冷却液泵的控制电压在0-48V之间变动，因此，令比例因子ku=0.48，令积分系数Ki=0.24。冷却剂的入口温度设为比燃料电池温度低7K，冷却水入口温度的温度设定值是336K，所以冷却剂入口温度的物理论域为[-6,6]K，从而可设置比例系数为1，因为物理论域等于模糊论域；旁通阀系数K的范围在0-1之间，所以区设置比例因子为0.01，和积分系数Ki是设定为0.005。到此，模糊控制器的量化因子跟比例因子根据物理集合到模糊集合的映射规则整定完毕。图32D和1D模糊控制图4．2物理模拟和模糊控制仿真根据多个负载电流阶跃输入，冷却水循环系统建模和模糊控制温度增量积分的燃料电池是在Simulink仿真实验环境，因此响应各种控制和输出量的动态特性绘于图。通过增量的二维模糊与积分控制器，燃料电池的温度在343K时通过调节温度控制目标冷却剂泵的电压。的动态特性冷却水流量和冷却泵电压表现在图6该燃料电池，动态温度响应进口冷却液，冷却液水库和换热器出口见图8同时，通过一维增量模糊控制器与集成商，入口冷却剂温度控制在336K。物体的温度K可以通过调节旁通阀调节因子来控制。的动态特性旁通阀因子值列于图7。该总的电化学反应