一种自洽于可再生能源的电解水制氢装置的运行控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种自洽于可再生能源的电解水制氢装置的运行控制方法，属于氢能技术领域，对可再生能源发电系统的当前输出功率的高频分量分别进行变化率限制和幅值提取，将二者结果叠加，可抵消高频分量中的负值部分，使得高频分量具有单向功率特性，满足电解水制氢装置的使用；同时考虑电解水制氢装置的氢气生产需求，通过将实时采集的当前氢气生产速率引入第二次功率叠加量，实现对电解水制氢装置产氢流量的闭环控制，兼顾功能性和生产性的运行目标。本发明专利技术利用电解水制氢装置功率调节范围宽、运行灵活、启停迅速的特性，对可再生能源发电系统的功率进行波动平抑和削峰填谷，提升可再生能源发电功率并网品质。再生能源发电功率并网品质。再生能源发电功率并网品质。

【技术实现步骤摘要】
一种自洽于可再生能源的电解水制氢装置的运行控制方法


[0001]本专利技术属于氢能
，具体涉及一种自洽于可再生能源的电解水制氢装置的运行控制方法。

技术介绍

[0002]以风力发电和光伏发电为代表的可再生能源通过电力电子变流器实现能量转换和并网发电，存在动态响应快、惯性小的特点，此外，受风速和光照等自然资源的影响，其输出功率存在随机性、波动性和难以预测性的特点。有别于传统化石能源的可再生能源特性，特别是短时间尺度的随机波动性，给电力系统的安全运行带来了巨大的挑战。
[0003]因此，如何解决大规模可再生能源的消纳成为实现双碳目标必须解决的问题。配置大规模储能系统是解决该问题的有效手段，开发新型高效的储能方式不仅可以进一步地提高电力系统的灵活性，也是解决我国能源分布的时间和空间不均衡的最根本手段。氢能具有热值高、储量丰富且适用于大容量、长时间存储的特性，是一种极具发展潜力的储能手段。
[0004]可再生能源电解水制氢技术是实现氢储能的重要环节。质子交换膜电解水技术具有功率调节范围宽，运行灵活，启停迅速的优点，特别适用于平抑可再生能源并网功率的波动性。然而，耦合于可再生能源特性的电解水制氢装置存在两大关键运行难题：1、电解水制氢装置只是一个灵活的可控负荷，具有功率的单向性，如何实现波动功率的平抑是关键难点之一；2、电解水制氢装置的运行还存在制氢量的生产需求，如何平衡功能性(波动平抑)和生产性(产氢量)的运行目标是关键难点之二。现有技术未见有针对上述两大问题的解决方案。

技术实现思路

[0005]针对上述现有技术中存在的问题，本专利技术提出了一种自洽于可再生能源的电解水制氢装置的运行控制方法，在满足可再生能源功率波动平抑的同时兼顾制氢量的生产需求。
[0006]本专利技术具体技术方案如下：
[0007]一种自洽于可再生能源的电解水制氢装置的运行控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0008]S1：对可再生能源发电系统的当前输出功率P
gen
(k)进行高通滤波，得到高频分量P
ft
(k)；所述高通滤波的表达式为：
[0009][0010]其中，k代表当前时刻；N代表高通滤波滑动窗口的长度；
[0011]S2：限制高频分量P
ft
(k)的变化率不超过预设变化率限制参数，得到高频波动功率分量 P
flc
(k)；
[0012]S3：对高频分量P
ft
(k)进行Hilbert(希尔伯特)变换，取绝对值后，进行滑动窗口为M 的有效值计算，得到幅值分量P
peak
(k)；
[0013]S4：对幅值分量P
peak
(k)进行低通滤波，得到第一次叠加量P
add1
(k)；所述低通滤波的表达式为：
[0014][0015]其中，λ代表低通滤波滑动窗口的长度；
[0016]S5：采样获得电解水制氢装置的当前氢气生产速率Q
mea
(k)，将电解水制氢装置的预设氢气生产需求Q
ref
(k)和当前氢气生产速率Q
mea
(k)作差得到ΔQ(k)＝Q
ref
(k)
‑
Q
mea
(k)；ΔQ(k)通过PI (比例积分)控制计算后得到生产需求功率，作为第二次叠加量P
add2
(k)；
[0017]S6：对高频波动功率分量P
flc
(k)、第一次叠加量P
add1
(k)和第二次叠加量P
add2
(k)进行求和，得到电解水制氢装置的总功率需求P
total
(k)；
[0018]S7：限制总功率需求P
total
(k)的幅度在电解水制氢装置的最大运行功率和最小运行功率之间，得到电解水制氢装置的设定功率P
set
(k)，以控制电解水制氢装置的实时运行。
[0019]进一步地，S2中获得高频波动功率分量P
flc
(k)的公式为：
[0020][0021]其中，β为预设变化率限制参数，用单位采样间隔时间内的最大功率变化量表征，且β＞0。
[0022]进一步地，S5中所述PI控制计算的表达式为：
[0023][0024]其中，K
p
和K
i
分别为比例参数和积分参数。
[0025]进一步地，S7中获得设定功率P
set
(k)的公式为：
[0026][0027]其中，P
max
和P
min
分别为电解水制氢装置的最大运行功率和最小运行功率。
[0028]进一步地，N和λ均为正整数。
[0029]本专利技术的有益效果为：
[0030]1、本专利技术提出了一种自洽于可再生能源的电解水制氢装置的运行控制方法，通过对高频分量分别进行幅值提取和变化率限制，将二者处理后结果叠加(即高频波动功率分量与第一次叠加量求和)，可抵消高频分量中的负值部分，使得高频分量具有单向功率特性，满足电解水制氢装置的使用；利用电解水制氢装置功率调节范围宽、运行灵活、启停迅速的特性，对可再生能源发电系统的功率进行波动平抑和削峰填谷，提升可再生能源发电功率并网品质；
[0031]2、本专利技术考虑了电解水制氢装置的长时间尺度的氢气生产需求，通过将实时采集
的当前氢气生产速率引入第二次功率叠加量，以获得设定功率，实现对电解水制氢装置产氢流量的闭环控制，进而实现电解水制氢装置可兼顾功能性(波动平抑/削峰填谷)和生产性(产氢量) 的运行目标。
附图说明
[0032]图1为本专利技术实施例1提出的自洽于可再生能源的电解水制氢装置的运行控制方法的框图；
[0033]图2为本专利技术实施例1中风力发电系统的当前输出功率P
gen
(k)的曲线图；
[0034]图3为本专利技术实施例1中高频波动功率分量P
flc
(k)的曲线图；
[0035]图4为本专利技术实施例1中第一次叠加量P
add1
(k)的曲线图；
[0036]图5为本专利技术实施例1中第二次叠加量P
add2
(k)的曲线图；
[0037]图6为本专利技术实施例1中电解水制氢装置的设定功率P
set
(k)的曲线图；
[0038]图7为本专利技术实施例1中风力发电系统的并网功率曲线图。
具体实施方式
[0039]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清晰，结合以下具体实施例，并参照附图，对本专利技术做进一步的说明。
[0040]下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面的理解本专利技术，但不以任何方式限制本专利技术。
[0041]实施例1
[0042]本实施例以风力发电系统作为可再生本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自洽于可再生能源的电解水制氢装置的运行控制方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：对可再生能源发电系统的当前输出功率P
gen
(k)进行高通滤波，得到高频分量P
ft
(k)；所述高通滤波的表达式为：其中，k代表当前时刻；N代表高通滤波滑动窗口的长度；S2：限制高频分量P
ft
(k)的变化率不超过预设变化率限制参数，得到高频波动功率分量P
flc
(k)；S3：对高频分量P
ft
(k)进行Hilbert变换，取绝对值后，进行滑动窗口为M的有效值计算，得到幅值分量P
peak
(k)；S4：对幅值分量P
peak
(k)进行低通滤波，得到第一次叠加量P
add1
(k)；所述低通滤波的表达式为：其中，λ代表低通滤波滑动窗口的长度；S5：采样获得电解水制氢装置的当前氢气生产速率Q
mea
(k)，将电解水制氢装置的预设氢气生产需求Q
ref
(k)和当前氢气生产速率Q
mea
(k)作差得到ΔQ(k)＝Q
ref
(k)
‑
Q
mea
(k)；ΔQ(k)通过PI控制计算得到第二次叠加量P
add2
(k)；S6：对高频波动功...

【专利技术属性】
技术研发人员：李凯，郭珏良，王仁康，曹继申，汤浩，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：