(19)国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202110471490.3 (22)申请日 2021.04.2 9 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 113328122 A (43)申请公布日 2021.08.31 (73)专利权人 广西大学 地址 530000 广西壮 族自治区南宁市西乡 塘区大学东路10 0号 (72)发明人 殷林飞　刘东端　韦潇莹　高放　 (74)专利代理 机构 南宁东智知识产权代理事务 所(特殊普通 合伙) 45117 专利代理师 黎华艳　裴康明 (51)Int.Cl. H01M 8/04992(2016.01) H01M 8/04298(2016.01)G06F 30/27(2020.01) (56)对比文件 CN 107991881 A,2018.0 5.04 Guolian Hou等.Multi-objective economic model predictive co ntrol for gas turbine system. 《Energy Co nversion and Management》 .2020,第207 卷 ALI NASIRI 等.Gas T urbines Power Regulati on Subject to Actuator Constraints, Disturbances and Measurement Noises. 《IE EE Access》 .2021,第9卷 连静等.基 于状态量估计的燃料电池阴极系 统控制. 《计算机 仿真》 .2020,第37 卷(第7期), 审查员 邵囡 (54)发明名称 一种固体氧化物燃料电池的量子模型预测 控制方法 (57)摘要 本发明提出一种固体氧化物燃料电池的量 子模型预测控制方法， 该方法采用量子计算来对 模型预测控制进行改进， 将量子比特的概率幅表 示应用于模 型预测控制中， 使得模 型预测控制的 过程表示多个态的叠加， 并利用量子旋转门实现 滚动优化的更新， 实现目标的优化求解。 所提量 子模型预测控制方法通过量子模型预测控制进 行优化控制固体氧化物燃料电池系统的氢气与 氧气的输入来实现对固体氧化物燃料电池的功 率输出控制。 所提量子模型预测控制方法采用滚 动优化策略， 能够及时弥补由于固体氧化物燃料 电池内部或外部扰动引起的不确定性， 动态性能 较好； 所提量子模型预测控制方法能够有效地处 理多变量、 有约束的问题。 权利要求书3页 说明书5页 附图1页 CN 113328122 B 2022.05.13 CN 113328122 B 1.一种固体氧化物燃料电池的量子模型预测控制方法， 其特征在于， 该方法将量子计 算和模型预测控制应用到固体氧化物燃料电池系统控制中， 实现固体氧化物燃料电池系统 的快速负载跟踪； 固体氧化物燃料电池两极发生的电化学反应方程 为： 其中， H2为氢气； H+为氢正离子； e‑为电子； O2为氧气； H2O为水蒸气； 固体氧化物燃料电池 的输出电压VSOFC表达式为： VSOFC＝ENernst‑Vactivati on‑Vohmic‑Vconcentrati on        (2) 其中， VSOFC为固体氧化物燃料电池的输出电压； ENernst为固体氧化物燃料电池的开路电 压； Vactivation为固体氧化物燃料电池的反应物活化的损耗电压降； Vohmic为固体氧化物燃料 电池的内部欧姆电阻引起的损耗电压降； Vconcentration为固体氧化物燃料电池发生化学反应 后由反应物浓度降低引起的损耗电压降； 固体氧化物燃料电池的开路电压 ENernst表示为： 其中， ENernst,0为固体氧化物燃料电池的参考电动势； kE为固体氧化物燃料电池的经验 常数； TSOFC为固体氧化物燃料电池的工作温度； RSOFC为固体氧化物燃料电池的内部电阻； F为 法拉第常数； 为固体氧化物燃料电池发生化学反应的氢气的实际压强； 为固体氧化 物燃料电池发生化学反应的氧气的实际压强； 为固体氧化物燃料电池发生化学反应的 水蒸气的实际压强； ln()为以常数e为底数的对数； 固体氧化物燃料电池的反应物活化的 损耗电压降Vactivati on为： Vactivati on＝a+bln(ISOFC)             (4) 其中， a和b为塔菲尔参数； ISOFC为固体氧化物燃料电池的输出电流； 固体氧化物燃料电 池的内部欧姆电阻引起的损耗电压降Vohmic由以下计算： 其中， aelectrolyte和belectrolyte为固体氧化物燃料电池的电解质电阻常数； exp为常数e的 指数函数； ASOFC为固体氧化物燃料电池反应区的面积； δelectrolyte为固体氧化物燃料电池的 电解质厚度； 与 为多个固体氧化物燃料电池互连的材料电阻； 为 多个固体氧化物燃料电池之 间的互连厚度； 固体氧化物燃料电池发生化学反应后由反应物 浓度降低引起的损耗电压降Vconcentration通过以下计算： 权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 113328122 B 2其中， 为固体氧化物燃料电池 的供气管道内氢气的压强； 为固体氧化物燃 料电池的供气管道内水蒸气的压强； 模型 预测控制方法的优化问题为： 其中， J为模型预测控制中滚动优化的最优解； N为模型预测控制中的预测次数； y(k+i) 为第k+i时刻的固体氧化物燃料电池的输出， 且y(k+i)＝[VSOFC(k+i)Fu(k+i)]T； VSOFC(k+i) 为第k+i时刻固体氧化物燃料电池的输出电压； Fu(k+i)为第k+i时刻固体氧化物燃料电池 的输出燃料； yref为系统给定的参考输出； u(k+i‑1)为第k+i ‑1时刻的固体氧 化物燃料电池的输入， 且 为第k+i‑1 时刻的固体氧化物燃料电池的氢气输入量； Mair(k+i‑1)第k+i‑1时刻的固体氧化物燃料电 池的氧气输入量； μref为与参考输出相对应的参考输入； 与参考输出相对应 的参考输入 μref表示为： μref＝(C(I‑A)‑1B)‑1            (8) 其中， 模型预测控制第k+i时 刻的输出y(k+i)表示 为： y(k+i)＝Cx(k+i)              (9) 其中， x(k)＝[VSOFC(k) Fu(k) ISOFC(k)]T， ISOFC(k)为第k时刻的固体氧化物燃料电池输 出的电流； x(k+i)为第k+i时刻的固体氧化物燃料电池系统状态； 量子模型预测控制第k+1 时刻的预测状态 为： 其中， 为量子模型预测控制第k+1时刻固体氧化物燃料电池系统的预测状态； 为量子模型预测 控制第k时刻的固体氧化物燃料电池系统状态； u(k)为量子模型预测 控制第k时刻的固体氧化物燃料电池系统输入； y(k)为量子模型预测控制第k时刻的固体氧 化物燃料电池系统输出； 三维量子 旋转门η为：权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 113328122 B 3