燃料电池系统及其操作方法及燃料电池发电厂与流程

本发明大体涉及燃料电池领域，尤其涉及一种燃料电池系统、操作该燃料电池系统的方法及燃料电池发电厂。
背景技术：
：燃料电池是一种电化学装置，其能够通过燃料，例如氢，与氧化剂，例如空气中含有的氧气，的电化学反应将来自燃料中的化学能转换为电能。由于燃料电池的环境优越性和高效率，燃料电池系统作为能源供应系统正被广泛开发。在燃料电池系统中，如果碳形成速率比碳移除速率快，则可能生成碳。积碳是非常严重的问题。碳可能会占据燃料电池的阳极和重整器催化剂，这将导致催化剂破损和钝化以及下游过热。在极端的情况下，积碳也可能会导致压降增加和强迫停机，从而导致电力生产中断，并且，增加燃料电池系统的维护成本。水碳比(SCR，SteamtoCarbonRatio)是用于评估燃料电池系统的性能和可靠性的关键因素。水碳比是水蒸汽含量与一氧化碳含量和甲烷含量之和的比。如果水碳比太高，则会降低最优的电池电压，加速电池电压衰减，恶化阳极密封，并且，增加压降和用于阳极循环的寄生功率消耗，从而导致低的电效率。相反，如果水碳比太低，则可能会导致在重整器和燃料电池的阳极处的碳形成和沉积，降低燃料电池系统的效率和寿命，并且甚至可能导致燃料电池系统的停机。因此，水碳比的严格控制对于预防积碳起着至关重要的作用。然而，在 燃料电池系统中，很难同时、实时地测量一氧化碳含量、甲烷含量和水蒸汽含量。因此，如何实时获得水碳比是燃料电池工业的一大挑战。技术实现要素：本发明的一个方面在于提供一种燃料电池系统。所述燃料电池系统包括具有用于产生电力的燃料电池堆的阳极循环回路、流量计、电流传感器及处理器。所述流量计用于测量提供至所述阳极循环回路中的燃料流量。所述电流传感器用于测量从所述燃料电池堆拉出的电流。所述处理器用于基于所述测量出的燃料流量和所述测量出的电流来确定所述阳极循环回路中的水碳比。本发明的另一个方面在于提供一种用于操作燃料电池系统的方法。所述燃料电池系统包括具有用于产生电力的燃料电池堆的阳极循环回路，所述方法包括将燃料供应至所述阳极循环回路中，将氧气供应至所述燃料电池堆的阴极，测量提供至所述阳极循环回路中的燃料流量，测量从所述燃料电池堆拉出的电流，及基于所述测量出的燃料流量和所述测量出的电流来确定所述阳极循环回路中的水碳比。本发明的又一个方面在于提供一种燃料电池发电厂。所述燃料电池发电厂包括用于产生电力的燃料电池系统、测量装置及控制器。所述测量装置用于获得来自所述燃料电池系统的至少两个运行参数的测量值。所述控制器包括推理测量模块，其中，所述推理测量模块包括模拟模型，所述模拟模型定义在所述燃料电池系统的主要性能指标和所述至少两个运行参数之间的映射关系。所述推理测量模块用于使用所述至少两个运行参数的所述测量值以及所述模拟模型确定所述主要性能指标的推理值。附图说明当参照附图阅读以下详细描述时，本发明的这些和其它特征、方面及优点将变得更好理解，在附图中，相同的元件标号在全部附图中用于表示相同 的部件，其中：图1是带有阳极循环回路的示意性燃料电池系统的示意图；图2是根据本发明的第一具体实施方式的示意性燃料电池系统的示意图；图3是根据本发明的第二具体实施方式的示意性燃料电池系统的示意图；图4是根据本发明的一个具体实施方式的用于操作燃料电池系统的示意性方法的流程图；以及图5根据本发明的一个具体实施方式的示意性燃料电池发电厂的示意图。具体实施方式为帮助本领域的技术人员能够确切地理解本发明所要求保护的主题，下面结合附图详细描述本发明的具体实施方式。在以下对这些具体实施方式的详细描述中，本说明书对一些公知的功能或构造不做详细描述以避免不必要的细节而影响到本发明的披露。除非另作定义，本权利要求书和说明书中所使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属
技术领域：
内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本说明书以及权利要求书中所使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“一个”或者“一”等类似词语并不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“具有”等类似的词语意指出现在“包括”或者“具有”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“具有”后面列举的元件或者物件及其等同元件，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。带有阳极循环回路的燃料电池系统图1示出示意性燃料电池系统100的示意图。如图1所示，示意性燃料电池系统100包括阳极循环回路11。阳极循环回路11包括用于产生电力的燃 料电池堆12。燃料电池堆12可以包括堆叠在一起的多个燃料电池。燃料电池堆12可以适用于例如固体氧化物燃料电池(SolidOxideFuelCell，SOFC)、熔融碳酸盐燃料电池(MoltenCarbonateFuelCell，MCFC)等高温燃料电池，也可以适用于例如质子交换膜燃料电池(PEMFC)、直接甲醇燃料电池(DirectMethanolFuelCell，DMFC)等低温燃料电池。燃料电池堆12包括阳极121、阴极122及电解质123。燃料电池堆12的阳极121具有阳极入口1211和阳极出口1212。阳极121可以支持产生电力的电化学反应。合成气可以与通过电解质123的扩散从阴极122接收到的氧离子在阳极121被氧化。反应能够在阳极121产生热、水蒸汽和以自由电子形式的电力，该电力能够用于将功率提供至能源消耗装置18。氧离子可以通过阴极氧化剂的氧还原来产生，电子可能从能源消耗装置18返回至阴极122。能源消耗装置18适于从燃料电池系统100拉出电流，或者将电负载应用到燃料电池系统100。能源消耗装置18可以包括，但不限于，工具、灯光或照明组件、电器(如家庭或其他电器)、家庭或其他住宅、办公室或其他商业机构、计算机、信号或通信设备等。阴极122可以被连接到阴极氧化剂源，例如空气中的氧气。阴极氧化剂被定义为供应至阴极122供燃料电池系统100在产生电力时应用的氧化剂。阴极122可以渗透到从阴极氧化剂接收到的氧离子。电解质123能够与阳极121和阴极122相连通。电解质123可以用于将来自阴极122的氧离子传递到阳极121，并且可以具有很小的导电性或不具有导电性，因此，能够防止自由电子从阴极122到达阳极121。燃料电池系统100包括用于提供燃料的燃料供应装置14和用于将燃料输送到阳极循环回路11中的燃料输送装置15。燃料可以呈气体或液体形式。这种燃料的例子可以包括，但不限于，甲烷、乙烷、丙烷、生物质气、天然气、合成气、柴油、煤油、汽油等。燃料输送装置15可以包括用于调节提供 至阳极循环回路11中的燃料流量的燃料流量调节器150。为了减少或移除在燃料中的例如硫(其是有害的，并且容易将在后端的燃料重整所使用的催化剂粘结)等不期望成分的浓度，因此，燃料电池系统100还可以包括燃料净化装置16。燃料净化装置16用于减少或移除在燃料中的不期望成分的浓度。然而，对于纯净的燃料，例如甲烷、乙烷、丙烷等，燃料净化装置16可以省略。因此，提供至阳极循环回路11中的燃料可以包括由燃料供应装置14提供的燃料，或者经由燃料净化装置16净化后的燃料。在一个具体实施方式中，如图1所示，阳极循环回路11还可以包括燃料重整器13。燃料重整器13具有重整器入口131和重整器出口132。燃料电池堆12的阳极出口1212可以连接到燃料重整器13的重整器入口131，并且，燃料重整器13的重整器出口132返回至燃料电池堆12的阳极入口1211，从而形成阳极循环回路11。燃料重整器13可以用于接收燃料及来自燃料电池堆12的阳极出口1212的尾气，并且从燃料和尾气中在重整器出口132处产生重整气S。重整气S包括富氢(H2)气体，并且也可以包括一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、水蒸汽(H2O)以及未反应的燃料，例如甲烷(CH4)。在重整器出口132处的重整气S可以被分成再循环的重整气S1和外排的重整气S2。再循环的重整气S1被循环返回到阳极入口1211。当燃料电池系统100运行时，将燃料供应至阳极循环回路11中，特别是在本具体实施方式中的燃料重整器13的重整器入口131，并且，氧气，例如空气中含有的氧气被供应至燃料电池堆12的阴极122。在燃料重整器13中，燃料可以通过化学反应被重整以产生氢气。例如，对于烃燃料，烃燃料通过如下的蒸汽重整反应(1)被转化为一氧化碳(CO)和氢气(H2)，并且，一氧化碳和水蒸汽(H2O)通过如下的水汽变换反应(2)被转化为二氧化碳(CO2)和氢气。CO+H2O→CO2+H2(2)尽管可以使用任何烃燃料，但是为了简单起见，以下将使用甲烷(CH4)作为燃料的说明性的例子。当使用甲烷(CH4)作为燃料时，以上的蒸汽重整反应(1)可以被修改为如下：CH4+H2O→CO+3H2(3)再循环的重整气S1返回到燃料电池堆12的阳极入口1211。在燃料电池堆12的阳极121中，再循环的重整气S1和来自阴极122的氧离子混合，并且通过如下的反应(4)被转化为水蒸汽，从而产生电力和热。2H2+O2→2H2O(4)在另一个具体实施方式中，燃料电池堆12可以具有内部重整功能而不需要单独的燃料重整器13。在这种情况下，燃料电池堆12的阳极出口1212能够被直接被返回到阳极入口1211，从而形成阳极循环回路11。因此，在燃料电池堆12的阳极121中，也将会发生蒸汽重整反应(1)或(3)以及水汽变换反应(2)。继续参照图1，燃料电池系统100还可以包括底循环17。底循环17包括内燃机。重整气S中的外排的重整气S2被转移到底循环17。外排的重整气S2驱动内燃机以产生额外的电力，进而提高发电效率，多余的部分作为尾气从内燃机排出。如以下更加详细讨论的，能够控制阳极循环回路11中的水碳比(SCR)，特别是重整器入口131处或阳极入口1211处的水碳比。水碳比可以被定义为在混合气中所含有的水蒸汽含量与在该混合气中所含有的一氧化碳含量和甲烷含量的总和的比。该控制可以包括将水碳比控制到约等于期望的或目标的值，以及将水碳比控制在期望的或目标的范围内。根据本发明的具体实施方式的说明性的且非排他性的例子可以包括在2：1和5：1之间的水碳比。具体实施方式1：重整器入口处的SCR预测图2示出根据本发明的第一具体实施方式的示意性燃料电池系统200的示意图。参照图2，与图1相比，根据本发明的第一具体实施方式的燃料电池系统200还包括流量计21、电流传感器22和处理器24。流量计21用于测量提供至阳极循环回路11中的燃料流量。电流传感器22用于测量从燃料电池堆12拉出的电流。处理器24用于基于测量出的燃料流量和测量出的电流实时确定阳极循环回路11中的水碳比。在第一具体实施方式中，阳极循环回路11中的水碳比包括燃料重整器13的重整器入口131处的水碳比。处理器24包括水碳比(SCR)模型241。SCR模型241定义了在重整器入口131处的SCR及燃料流量和电流之间的映射关系。根据测量出的燃料流量和测量出的电流，以及SCR模型241，可以确定在重整器入口131处的SCR。作为一个示例，SCR模型241包括如下的线性方程：其中，SCRest1代表重整器入口131处的SCR，A和B代表常数，FUsys代表燃料电池系统200的燃料利用率，I代表从燃料电池堆12拉出的电流，N代表燃料电池堆12的燃料电池的数量，F代表法拉第常数(96485C/s)，以及ffuel代表提供至阳极循环回路11中的燃料流量。在线性方程(5)中，重整器入口131处的SCR是作为提供至阳极循环回路11中的燃料流量和从燃料电池堆12拉出的电流的函数。根据大量的模拟测试数据，以上的线性方程(5)可以近似地被表达为如下：因此，只要测量出燃料流量ffuel和电流I，重整器入口131处的水碳比SCRest1就能够很容易地根据以上的线性方程(5)或(6)估算出。以上线性方程(6)的有效性可以通过与高保真计算机机理模型的对比测试得到验证(见表1)。测试数据是在燃料电池系统200中通过改变燃料电池堆12的温度T(即，阳极出口1212处的温度)、循环比RR(其是再循环的 重整气S1与重整气S的流量比)、从燃料电池堆12中拉出的电流I以及提供至阳极循环回路11的重整器入口131中的甲烷流量表1其中，SCRsim1代表从高保真计算机机理模型中模拟得到的重整器入口131处的水碳比，SCRest1代表线性方程(6)估算得到的重整器入口131处的水碳比，以及RE代表估算出的水碳比SCRest1与模拟出的水碳比SCRsim1之间的相对误差。从以上的表1可以看出，平均绝对相对误差为2.2％，而最大绝对相对误差为4.9％，其低于燃料电池工业中的工程标准误差(例如5％)。因此，该对比结果表明线性方程(6)的预测结果能够很好地与从高保真计算机机理模型得到的结果相符合。继续参照图2，为了较好地利用确定出的水碳比以防止燃料电池系统200中的积碳，燃料电池系统200还可以包括控制器25。控制器25用于基于确定出的水碳比来控制燃料电池系统200的性能。可以将水碳比限度预先存储 在控制器25中。控制燃料电池系统200的性能可以包括调整燃料电池系统200的性能。例如，在一个具体实施方式中，当确定出的水碳比接近水碳比限度时，控制器25可以给燃料电池系统200的燃料流量调节器150发送调整命令。燃料流量调节器150可以响应于该调整命令来调节提供至阳极循环回路11中的燃料流量，从而来控制水碳比。在另一个具体实施方式中，本发明的具体实施方式的燃料电池系统200还可以包括功率调节装置26。功率调节装置26可以用于将燃料电池堆12连接到能源消耗装置18。当确定出的水碳比接近水碳比限度时，控制器25将会给功率调节装置26发送调整命令。功率调节装置26可以响应于该调整命令来调节从燃料电池堆12拉出的电流，从而来控制水碳比。例如，功率调节装置26可以包括DC-DC转换器、DC-AC逆变器、或DC-DC转换器和DC-AC逆变器的结合。在又一个具体实施方式中，当确定出的水碳比接近水碳比限度时，控制器25将会分别给燃料流量调节器150和功率调节装置26发送调整命令。燃料流量调节器150和功率调节装置26响应于各自的调整命令可以调节提供至阳极循环回路11中的燃料流量和调节从燃料电池堆12拉出的电流，从而协同来控制水碳比。当然，控制燃料电池系统200的性能还可以包括仅监控燃料电池系统200的性能。例如，当确定出的水碳比接近水碳比限度时，控制器25可以仅在操作者界面(例如，人机交互界面)上产生报警信号，或者，通过电子邮件或文本消息给系统操作者发送通知，从而，通知系统操作者采取行动来控制水碳比。本发明的具体实施方式的控制器25可以是多核控制器25。处理器24可以集成到控制器25中。本发明的具体实施方式的燃料电池系统200可以使用提供至阳极循环回 路11中的燃料流量以及从燃料电池堆12拉出的电流容易且实时地估算出水碳比。而且，本发明的具体实施方式的燃料电池系统200可以根据估算出的水碳比来控制系统200的性能，因此，能够有效防止燃料电池系统200的积碳。本发明的具体实施方式的实时确定出的水碳比能够提高操作的可观测性，并且在运行过程中能够提高装置性能而无需使用附加昂贵的气体分析仪或者分离工艺，从而使得本发明的具体实施方式的燃料电池系统200能够具有高可靠性、高灵活性和低运行成本。具体实施方式2：阳极入口处的SCR预测图3示出根据本发明的第二具体实施方式的示意性燃料电池系统300的示意图。参照图3，与图2所示的第一具体实施方式的燃料电池系统200相比，根据本发明的第二具体实施方式的燃料电池系统300还可以包括温度传感器23。温度传感器23用于测量阳极循环回路11中的温度。处理器24还可以进一步基于测量出的温度来确定水碳比。也就是说，能够基于测量出的燃料流量、测量出的电流及测量出的温度来确定水碳比。与第一具体实施方式类似的是，处理器24也包括水碳比(SCR)模型242。但是与第一具体实施方式不同的是，第二具体实施方式的SCR模型242定义了在水碳比及燃料流量、电流和温度之间的映射关系。根据测量出的燃料流量、测量出的电流和测量出的温度，以及SCR模型242，可以确定水碳比。在第二具体实施方式中，阳极循环回路11中的水碳比11包括阳极入口1211处的水碳比。温度传感器23用于测量燃料重整器13的重整器出口132处的温度。温度传感器23可以靠近重整器出口132设置。优选地，温度传感器23可以设置在燃料重整器13的端部。更加优选地，温度传感器23可以位于燃料重整器13的催化剂床端部。阳极循环回路11中的温度包括燃料重整器13的重整器出口132处的温度。使用测量出的燃料流量、测量出的电流及测量出的重整器出口132处的温度可以确定阳极入口1211处的水碳比。作为一个示例，SCR模型242包括如下的基于组分平衡法则和平衡方程 的非线性方程组：其中，AS、TS、AW、TW分别代表用于以上重整反应(3)和变换反应(2)的平衡常数，其已经在文献中由许多研究者所披露，如表2所示。表2：重整和变换反应的平衡常数的值AS30.37TS-27087AW-3.911TW4234在以上的公式(7)-(14)中存在八个未知变量。其中，a和b代表在反应(3)中反应掉的CH4和在反应(2)中反应掉的CO的各自的摩尔流量，代表外排的重整气S2的总摩尔流量，代表在重整气S中的CO2的摩尔分数，代表在重整气S中的H2的摩尔分数，代表在重整气S中的H2O的摩尔分数，代表在重整气S中的CH4的摩尔分数，及XCO代表在重整气S中的CO的摩尔分数。此外，在以上的公式(7)-(14)中，I代表以安培为单位的从燃料电池堆12拉出的电流，代表以摩尔/秒(mole/s)为单位的提供至阳极循环回路11中的燃料(例如，CH4)的摩尔流量，以及To代表以开尔文为单位的重 整器出口132处的温度。因此，一旦提供了测量出的燃料流量测量出的电流I及测量出的重整器出口132处的温度To，通过求解以上八个非线性方程组(7)-(14)，就能够计算出以上的八个未知变量。因此，可以通过如下公式预测出阳极入口1211处的水碳比SCRest2：对于以上的八个非线性方程组(7)-(14)，求解算法可以是传统的方法，例如牛顿方法。另一种替代的方法是将以上八个非线性方程组(7)-(14)转化成约束优化问题，并且通过使用任何优化算法来求解问题，任何优化算法例如最速下降法、共轭梯度法、牛顿法、拟牛顿方法、信赖域反射方法、有效集方法、内点法、Nelder-Mead单纯形法、非线性规划、随机规划、全局非线性规划、遗传算法以及粒子/群技术等。非线性方程组(7)-(14)的有效性可以通过与高保真计算机机理模型的对比测试得到验证(见表3)。测试数据是在燃料电池系统300中通过改变重整器出口132处的温度To、循环比RR(其是再循环的重整气S1与重整气S的流量比)、从燃料电池堆12中拉出的电流I以及提供至阳极循环回路11的重整器入口131中的甲烷流量表3其中，SCRsim2代表从高保真计算机机理模型中模拟得到的阳极入口1211处的水碳比，SCRest2代表使用非线性方程组(7)-(14)估算得到的阳极入口1211处的水碳比，以及RE代表估算出的水碳比SCRest2与模拟出的水碳比SCRsim2之间的相对误差。从以上的表3可以看出，平均绝对相对误差为2％，而最大绝对相对误差为4％，其低于燃料电池工业中的工程标准误差(例如5％)。因此，该对比结果表明非线性方程组(7)-(14)的预测结果能够很好地与从高保真计算机机理模型得到的结果相符合。本发明的具体实施方式的燃料电池系统300能够使用提供至阳极循环回路11中的燃料流量、从燃料电池堆12拉出的电流以及阳极循环回路11中的温度容易且实时地估算出水碳比。而且，与图2所示的第一具体实施方式的燃料电池系统200相似的是，第二具体实施方式的燃料电池系统300也可以根据估算出的水碳比来控制系统300的性能，从而，有效防止燃料电池系统300的积碳。用于操作燃料电池系统的方法本发明的具体实施方式还提供了一种用于操作燃料电池系统200、300的方法。图4示出根据本发明的一种具体实施方式的用于操作燃料电池系统200、300的方法的流程图。如图4所示，在步骤B41中，将燃料，例如像甲烷之类的烃燃料供应至燃料电池系统200、300的阳极循环回路11中。在本发明的具体实施方式中，提供至阳极循环回路11中的燃料可以包括由燃料供应装置14提供的燃料，或者经由燃料净化装置16净化后的燃料。在一个具体实施方式中，阳极循环回路11还可以包括燃料重整器13。燃料被提供至燃料重整器13的重整器入口131。在步骤B42中，氧气，例如空气中含有的氧气，被供应至阳极循环回路11的燃料电池堆12的阴极122。燃料重整器13接收燃料及来自燃料电池堆12的阳极出口1212的尾气，并且产生重整气S。重整气S中的再循环的重整气S1然后返回到燃料电池堆12的阳极入口1211。在燃料电池堆12的阳极121中，再循环的重整气S1与来自阴极122的氧离子混合，并且被转化成水蒸汽，从而产生电力。在步骤B43中，例如通过使用流量计21来测量提供至阳极循环回路11中的燃料流量(例如，甲烷流量)。在步骤B44中，例如通过使用电流传感器22来测量从燃料电池堆12拉出的电流。在步骤B45中，在一个具体实施方式中，基于在步骤B43中测量出的燃料流量和在步骤B44中测量出的电流可以确定阳极循环回路11中的水碳比。在另一个具体实施方式中，本发明的具体实施方式的方法还可以包括可选的步骤B46。在可选的步骤B46中，例如通过温度传感器23来测量阳极循环回路11中的温度。在这种情况下，在步骤B45中，基于在步骤B43中测量出的燃料流量、在步骤B44中测量出的电流以及在步骤B46中测量出的温 度，可以确定阳极循环回路11中的水碳比。作为一个示例，步骤B46中的阳极循环回路11中的温度可以包括燃料重整器13的重整器出口132处的温度。在步骤B47中，可以预先建立SCR模型241、242。在一个具体实施方式中，SCR模型241定义了在重整器入口131处的SCR及提供至阳极循环回路11中的燃料流量和从燃料电池堆12拉出的电流之间的映射关系。在步骤B45中，根据在步骤B43中测量出的燃料流量和在步骤B44中测量出的电流，以及SCR模型241，可以确定阳极循环回路11中的水碳比，特别是重整器入口131处的水碳比。在另一个具体实施方式中，SCR模型242定义了在阳极循环回路11中的水碳比及提供至阳极循环回路11中的燃料流量、从燃料电池堆12拉出的电流和阳极循环回路11中的温度之间的映射关系。在步骤B45中，使用在步骤B43测量出的燃料流量、在步骤B44中测量出的电流和在步骤B46中测量出的阳极循环回路11中的温度，特别是测量出的重整器出口132处的温度，以及SCR模型242，可以确定阳极循环回路11中的水碳比，特别是阳极入口1211处的水碳比。步骤B48确定是否确定出的水碳比接近水碳比限度。当确定出的水碳比接近水碳比限度时，过程前进到步骤B49。否则，过程返回到步骤B41。在步骤B49中，基于确定出的水碳比来控制燃料电池系统200、300的性能。在一个具体实施方式中，控制燃料电池系统200、300的性能可以包括监控燃料电池系统200、300的性能。例如，当确定出的水碳比接近水碳比限度时，可以在操作者界面上产生报警信号，或者通过电子邮件或文本消息将通知发送给系统操作者，从而通知系统操作者采取行动来控制水碳比。在另一个具体实施方式中，控制燃料电池系统200、300的性能可以包括调整燃料电池系统200、300的性能。例如，当确定出的水碳比接近水碳比限度时，可以调节提供至阳极循环回路11中的燃料流量和从燃料电池堆12拉出的电流中的至少一个，和/或也可以将氢气或水蒸汽注入到阳极循环回路11中。本发明的具体实施方式的用于操作燃料电池系统200、300的方法可以提 高操作的可观测性，并且在运行过程中能够提高装置性能，从而使得本发明的具体实施方式的燃料电池系统200、300能够具有高可靠性、高灵活性和低运行成本。燃料电池发电厂本发明的具体实施方式还提供了一种燃料电池发电厂500。图5示出根据本发明的一种具体实施方式的示意性燃料电池发电厂500的示意图。如图5所示，燃料电池发电厂500可以包括用于产生电力的燃料电池系统51、测量装置52以及控制器53。燃料电池系统51可以包括例如图1的燃料电池系统100。测量装置52用于获得来自燃料电池系统51的至少两个运行参数的测量值。在一个具体实施方式中，测量装置52可以包括例如图2所示的流量计21和电流传感器22。相应地，至少两个运行参数的测量值包括测量出的提供至燃料电池系统51的阳极循环回路11中的燃料流量及测量出的从燃料电池系统51的燃料电池堆12拉出的电流。在另一个具体实施方式中，测量装置52可以包括例如图3所示的流量计21、电流传感器22和温度传感器23。相应地，至少两个运行参数的测量值包括测量出的提供至燃料电池系统51的阳极循环回路11中的燃料流量、测量出的从燃料电池系统51的燃料电池堆12拉出的电流、以及测量出的阳极循环回路11中的温度。控制器53包括具有模拟模型5310的推理测量模块531。推理测量模块531可以包括例如图2或图3所示的处理器24。模拟模型5310可以包括例如图2或图3所示的SCR模型241、242。模拟模型5310定义燃料电池系统51的主要性能指标和至少两个运行参数之间的映射关系。推理测量模块531用于使用至少两个运行参数的测量值以及模拟模型5310确定主要性能指标的推理值。燃料电池系统51的主要性能指标可以包括例如在以上第一或第二具体实施方式中提到的水碳比。在一个具体实施方式中，至少两个运行参数包括提供至燃料电池系统51的阳极循 环回路11中的燃料流量及从燃料电池系统51的燃料电池堆12拉出的电流。在另一个具体实施方式中，至少两个运行参数包括提供至燃料电池系统51的阳极循环回路11中的燃料流量、从燃料电池系统51的燃料电池堆12拉出的电流、以及阳极循环回路11中的温度。本发明的具体实施方式的控制器53可以为一种多核控制器。控制器53还可以包括推理控制算法模块532。当主要性能指标的推理值接近主要性能指标的边界时，推理控制算法模块532用于基于主要性能指标的推理值来确定燃料电池系统51的一个或多个待调整的参数，并且发送控制命令。一个或多个待调整的参数可以包括例如提供至阳极循环回路11中的燃料流量、从燃料电池堆12拉出的电流、注入到阳极循环回路11中的氢气或水蒸汽、或者其组合。主要性能指标的边界可以包括例如水碳比限度。本发明的具体实施方式的燃料电池发电厂500可以包括一个或多个执行器54。一个或多个执行器54用于响应于该控制命令来调整一个或多个待调整的参数。一个或多个执行器54可以包括例如图2或图3所示的燃料流量调节器150、图2或图3所示的功率调节装置26或者其组合。本发明的具体实施方式的燃料电池发电厂500可以适用于水碳比的估算与控制。以上通过以水碳比为例，详细描述了燃料电池发电厂500的各个功能模块的结构。然而，本发明的具体实施方式的燃料电池发电厂500并不应局限于水碳比，其也应适用于燃料电池发电厂500的其他主要性能指标的估算和控制，这些其他主要性能指标很难使用现有的传感器，例如物流组分分数、流股性质(低热值、密度、露点等)实时测量。继续参照图5，为了确保模拟模型5310能够跟随由于一个或多个待调整的参数而导致的燃料电池发电厂500的变化，本发明的具体实施方式的燃料电池发电厂500的控制器53还可以包括模型校准器533。模型校准器533用于实时地对模拟模型5310中的映射关系进行校准。本发明的具体实施方式的燃料电池发电厂500还可以包括数据库服务器 55和数据清理器56。数据库服务器55用于存储来自燃料电池系统51的至少两个运行参数的测量值。数据清理器56用于从这些测量值中清除异常的测量值，从而确保这些测量值的可靠性。数据清理器56被连接到控制器53的推理测量模块531。本发明的具体实施方式的燃料电池发电厂500还可以包括人机交互界面57。人机交互界面57与控制器53以及与发电厂操作者或者上层控制器相通信。本发明的具体实施方式的燃料电池发电厂500能够提高操作的可观测性，并且在运行过程中能够提高装置性能。本发明的具体实施方式的燃料电池发电厂500能够具有高可靠性、高灵活性和低运行成本。尽管根据本发明的具体实施方式的用于操作燃料电池系统200、300的方法的动作被示出为功能块，但是，在图4所示的各个功能块的顺序和各个功能块之间的动作的分离并不意图是限制性的。例如，可以以不同的顺序来执行各个功能块，并且，与一个功能块相关联的动作可以与一个或者多个其它功能块相结合或者可以被细分成多个功能块。虽然结合特定的具体实施方式对本发明进行了详细说明，但本领域的技术人员可以理解，对本发明可以作出许多修改和变型。因此，要认识到，权利要求书的意图在于覆盖在本发明真正构思和范围内的所有这些修改和变型。当前第1页1 2 3