熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)是一种洁净、高效、无污染的新型发电装置。由于外重整MCFC燃料电池系统中存在着多个相互关联的子系统,要实现系统安全、高效、长期稳定的运行,必须对燃料电池系统进行系统级的研究。 本文从已有MCFC发电系统模型中选用集总参数模型构成了外重整MCFC发电系统的系统级模型。在此基础上进行了系统操作优化和故障诊断的研究。操作优化方面的主要研究内容有MCFC发电系统操作条件优化和MCFC电堆关闭操作优化。进行了基于RBF神经网络的MCFC发电系统漏气故障诊断以及系统故障传播路径分析的研究。这些研究对系统的长期运行有重要的意义。 本文的主要成果包括: 1.基于对一种外重整MCFC发电系统的分析,本文选择阳极气体流量、空气流量、阴极气体循环率作为操作条件。利用一种改进的遗传算法--复合交叉遗传算法(MCGA)进行MCFC发电系统操作条件的优化,实现了燃料消耗最小的目标。 2.为了降低MCFC电堆热重启过程消耗的能量和时间,基于混合动态系统建模和控制的方法,优化了电堆的关闭操作。在电堆关闭操作一中首先提高工作温度,以获得较高的热重启初始温度。为了克服混合动态系统建模的困难,采用了一种将状态划分、控制策略和建模结合的建模方法,使得模型既简单又能获得需要的精度。 3.分析了外重整MCFC发电系统可能出现的故障。基于其中最可能出现的4类气体泄漏故障的仿真结果建立了MCFC发电系统的气体泄漏故障诊断模型。建立了MCFC发电系统故障传播的系统图模型,并将该模型转化为Petri网模型。最后用一种基于改进单亲遗传算法的Petri网发射序列求解算法研究了MCFC系统的故障传播路径。 4.基于对遗传算法种群多样性的研究,提出了一种新的交叉操作--复合交叉,以及对应的选择操作--基于信息最大化规则的选择操作。在此基础上设计的复合交叉遗传算法,能始终保持种群中个体的搜索能力,适于多峰值函数的寻优。 5.引入了染色体片段的概念,设计了"裂解"和"聚合"两种新的单亲遗传算法操作算子,改进了单亲遗传算法。