一种电解制氢系统中的自适应响应控制方法、系统及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种电解制氢系统中的自适应响应控制方法、系统及装置，其中，所述方法包括：对所述电解制氢系统进行分层控制，其中，上层控制生成所述电解制氢系统的能耗运行曲面图；上层控制在当前时刻获取所述电解制氢系统中功率变换器的输出功率，或者所述电解制氢系统下游端的用氢需求，并在所述能耗运行曲面图中确定与所述输出功率或者所述用氢需求相匹配的最佳工作点；下层控制读取所述最佳工作点对应的最佳运行参数，并基于所述最佳运行参数对所述电解制氢系统中的各项组件进行调节，以使得所述电解制氢系统过渡至所述最佳工作点。本发明专利技术提供的技术方案，能够在变工况运行的情境下，实现效率优化的调控方法。

【技术实现步骤摘要】
一种电解制氢系统中的自适应响应控制方法、系统及装置
本专利技术涉及自动化控制
，具体涉及一种电解制氢系统中的自适应响应控制方法、系统及装置。
技术介绍
在当前的能源结构中，化石能源依然是主要能源。为了应对日益恶劣的天气变化，绿色低碳的理念被提出。氢能是清洁高效、安全可持续的二次能源，在交通、工业、建筑等领域具有广泛的应用前景，可以作为能源互联转化的重要媒介，推动能源清洁高效利用，实现大规模深度脱碳。目前可以利用电解制氢系统来制备氢气，现有技术中提出了一种具有宽功率波动适应性的大型电解水制氢系统控制方法，该方法可以依据电解水制氢模组的平均寿命需求，以及配电网功率波动的预测状况，来进行电解制氢模组的功率分配，该方法可提升制氢系统宽功率波动适应性，增强瞬时响应速度。此外，现有技术还提出一种光伏电解水制氢系统及控制方法，该方法基于爬坡法实现最大功率跟随控制，并根据电解槽特性和启动电流变化率等参数对电解槽电流进行控制，从而实现大规模光伏离网制氢，具有转换效率高、功率大的特点。然而，现有技术中的制氢方式，都存在一定的缺陷：当电解制氢系统处于输入功率变化、用氢需求变化等变工况运行的情境下，现有技术中的制氢方法无法实现效率优化的调控方法。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术实施方式提供了一种电解制氢系统中的自适应响应控制方法、系统及装置，能够在变工况运行的情境下，实现效率优化的调控方法。本专利技术一方面提供了一种电解制氢系统中的自适应响应控制方法，所述方法包括：对所述电解制氢系统进行分层控制，其中，上层控制生成所述电解制氢系统的能耗运行曲面图，所述能耗运行曲面图用于表征最佳制氢效率与电解槽运行压力和电解槽运行温度之间的映射关系；上层控制在当前时刻获取所述电解制氢系统中功率变换器的输出功率，或者所述电解制氢系统下游端的用氢需求，并在所述能耗运行曲面图中确定与所述输出功率或者所述用氢需求相匹配的最佳工作点；下层控制读取所述最佳工作点对应的最佳运行参数，并基于所述最佳运行参数对所述电解制氢系统中的各项组件进行调节，以使得所述电解制氢系统过渡至所述最佳工作点。本专利技术另一方面还提供一种自适应响应控制系统，所述自适应响应控制系统包括：最佳运行点求解单元，以当前时刻获取电解制氢系统中功率变换器的输出功率或者电解制氢系统下游端的用氢需求为约束，用于求解效率优化目标函数；最佳工作点确定单元，根据效率优化目标函数的求解结果，确定电解制氢系统的最佳工作点；自适应调节单元，用于读取所述最佳工作点对应的最佳运行参数，并基于所述最佳运行参数对所述电解制氢系统中的各项组件进行调节，以使得所述电解制氢系统过渡至所述最佳工作点。本专利技术另一方面还提供一种自适应响应控制系统，所述自适应响应控制系统包括：曲面图存储单元，用于存储由效率优化目标函数所生成的电解制氢系统的能耗运行曲面图，所述能耗运行曲面图用于表征最佳制氢效率与电解槽运行压力和电解槽运行温度之间的映射关系；最佳工作点确定单元，用于在当前时刻获取所述电解制氢系统中功率变换器的输出功率，或者所述电解制氢系统下游端的用氢需求，并在所述能耗运行曲面图中确定与所述输出功率或者所述用氢需求相匹配的最佳工作点；自适应调节单元，用于读取所述最佳工作点对应的最佳运行参数，并基于所述最佳运行参数对所述电解制氢系统中的各项组件进行调节，以使得所述电解制氢系统过渡至所述最佳工作点。本专利技术另一方面还提供一种自适应响应控制装置，所述自适应响应控制装置包括处理器和存储器，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，实现上述的自适应响应控制方法。本申请提供的技术方案，首先可以生成电解制氢系统的能耗运行曲面图，在面对变工况运行的情境时，可以实时获取当前时刻的输出功率或者用氢需求，然后基于输出功率或者用氢需求，可以在能耗运行曲面图中确定出相匹配的最佳工作点。该最佳工作点可以对应最佳运行参数，通过对电解制氢系统中的各项组件进行调节，从而可以将电解制氢系统逐渐过渡至该最佳工作点。这样，当输出功率或者用氢需求发生变化时，电解制氢系统能够迅速找到变化后的最佳工作点，并逐步调节至最佳工作点进行制氢，从而能够在变工况运行的情境下，实现效率优化的调控方法。附图说明通过参考附图会更加清楚的理解本专利技术的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本专利技术进行任何限制，在附图中：图1示出了本专利技术一个实施方式中电解制氢系统的结构示意图；图2示出了本专利技术一个实施方式中自适应相应控制方法的步骤示意图；图3示出了本专利技术一个实施方式中根据输出功率动态调节的示意图；图4示出了本专利技术一个实施方式中根据用氢需求动态调节的示意图；图5示出了本专利技术一个实施方式中调节电解制氢系统的流程图；图6示出了本专利技术一个实施方式中自适应响应控制系统的功能模块示意图；图7示出了本专利技术另一个实施方式中自适应响应控制系统的功能模块示意图；图8示出了本专利技术一个实施方式中自适应响应控制装置的结构示意图。具体实施方式为使本专利技术实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施方式中的附图，对本专利技术实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本专利技术一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本专利技术中的实施方式，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本专利技术保护的范围。本申请一个实施方式提供一种电解制氢系统中的自适应响应控制方法，该电解制氢系统的结构可以如图1所示。在图1中，该电解制氢系统包括可再生能源发电设备、功率变换装置、产氢子系统及系统运行控制器。其中，所述功率变换装置包括与可再生能源发电设备连接的功率变换器，以及与每个电解槽连接的DC/DC变换器。所述产氢子系统包括至少两个单电解槽(图1中示出了4个电解槽)，以及其他辅机模块。所述其他辅机模块包括氢气模块、氧气模块、水循环模块、冷却模块以及温度压力等监测传感器与控制元件。其中，所述氢气模块包含氢气侧多级气液分离器、脱氧脱水纯化装置与至少一个氢气储罐(图中未示出)。所述氧气模块包含氧气侧多级气液分离器与至少一个氧气储罐(图中未示出)。所述水循环模块包含换热器、循环水泵、储水箱。所述冷却模块包含冷却水泵和冷却水箱。所述系统运行控制器主要对所述可再生能源发电设备、功率变换装置及所述产氢子系统进行调控。本申请提供的自适应响应控制方法，可以应用于上述的系统运行控制器中，请参阅图2，该方法可以包括以下多个步骤。S1：对所述电解制氢系统进行分层控制，其中，上层控制生成所述电解制氢系统的能耗运行曲面图，所述能耗运行曲面图用于表征最佳制氢效率与电解槽运行压力和电解槽运行温度之间的映射关系。在本实施方式中，可以对上述电解制氢系统中的参数做出以下定义：可再生能源发电设备经过功率变换器后的输出功率为Pgrid，电解制氢系统总功率Psys，电解槽模块所需总功率为Pel，其他辅机模块总功率为PBop，Pgri本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电解制氢系统中的自适应响应控制方法，其特征在于，所述方法包括：/n对所述电解制氢系统进行分层控制，其中，上层控制生成所述电解制氢系统的能耗运行曲面图，所述能耗运行曲面图用于表征最佳制氢效率与电解槽运行压力和电解槽运行温度之间的映射关系；/n上层控制在当前时刻获取所述电解制氢系统中功率变换器的输出功率，或者所述电解制氢系统下游端的用氢需求，并在所述能耗运行曲面图中确定与所述输出功率或者所述用氢需求相匹配的最佳工作点；/n下层控制读取所述最佳工作点对应的最佳运行参数，并基于所述最佳运行参数对所述电解制氢系统中的各项组件进行调节，以使得所述电解制氢系统过渡至所述最佳工作点。/n

【技术特征摘要】
1.一种电解制氢系统中的自适应响应控制方法，其特征在于，所述方法包括：
对所述电解制氢系统进行分层控制，其中，上层控制生成所述电解制氢系统的能耗运行曲面图，所述能耗运行曲面图用于表征最佳制氢效率与电解槽运行压力和电解槽运行温度之间的映射关系；
上层控制在当前时刻获取所述电解制氢系统中功率变换器的输出功率，或者所述电解制氢系统下游端的用氢需求，并在所述能耗运行曲面图中确定与所述输出功率或者所述用氢需求相匹配的最佳工作点；
下层控制读取所述最佳工作点对应的最佳运行参数，并基于所述最佳运行参数对所述电解制氢系统中的各项组件进行调节，以使得所述电解制氢系统过渡至所述最佳工作点。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，生成所述电解制氢系统的能耗运行曲面图包括：
构建所述电解制氢系统的效率优化目标函数以及所述效率优化目标函数所满足的约束条件；
在所述约束条件表征的约束范围内，将所述电解制氢系统中的电解槽运行压力离散为多个离散压力点，并针对每个所述离散压力点，根据所述效率优化目标函数生成各自对应的局部最优点；
将每个压力点下的局部最优点构成的曲面图作为生成的所述能耗运行曲面图。


3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述效率优化目标函数用于表征所述电解制氢系统的制氢效率与所述电解制氢系统的各项运行参数之间的映射关系，所述各项运行参数包括电解槽运行温度、电解槽运行压力、各个电解槽的电流以及循环水流量中的至少一种。


4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在生成所述电解制氢系统的能耗运行曲面图之后，所述方法还包括：
在所述能耗运行曲面图中标记出恒功率曲线和恒产氢量曲线。


5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述效率优化目标函数按照以下公式表示：



其中，为所述电解制氢系统的制氢效率，Itot为所述电解制氢系统中各个电解槽的电流之和，为氢气高热值，F为法拉第常数，Pe1为各个所述电解槽所需的总功率，PBop为所述电解制氢系统中辅机模块的总功率，T表示电解槽运行温度，V表示电解槽运行压力，Ii表示第i个电解槽的电流，Q表示循环水流量。


6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述能耗运行曲面图中确定与所述输出功率或者所述用氢需求相匹配的最佳工作点包括：
在所述能耗运行曲面图中确定所述输出功率对应的目标恒功率曲线，并将所述目标恒功率曲线中制氢效率最大的点作为与所述输出功率相匹配的最佳工作点；
或者
在所述能耗运行曲面图中确定所述用氢需求对应的目标恒产氢量曲线，并将所述目标恒产氢量曲线中制氢效率最大的点作为与所述用氢需求相匹配...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐桂芝，邓占锋，宋洁，赵雪莹，梁丹曦，康伟，
申请(专利权)人：全球能源互联网研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11