一种考虑多电解槽启停特性的热氢联产系统优化控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种考虑多电解槽启停特性的热氢联产系统优化控制方法，属于涉及综合能源系统的控制策略领域。包括：建立包含多电解槽装置的制氢储氢系统，计算考虑到风、光可再生能源出力波动影响下的各电解槽实际功率，配置电解槽的最大额定功率，建立考虑多电解槽启停特性的分层控制策略；建立热氢联产系统，将电解槽制氢过程中散发的热量进行收集，根据电解槽的工作状态计算产热功率，并结合损失热量计算余热，所述余热用于作为制热储热系统中储热装置的热源以及向用户供给热负荷，实现热氢联产；根据计算得到的电解槽实际产生的余热量，结合制热储热系统中制热装置的实际制热量和用户热负荷需求，来对制热储热系统进行优化控制。控制。控制。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑多电解槽启停特性的热氢联产系统优化控制方法


[0001]本专利技术涉及综合能源系统的控制策略领域，具体涉及一种含多电解槽的考虑启停特性的热氢联产系统优化控制方法。

技术介绍

[0002]通过综合利用风、光等新能源发电、产热、制氢以及储热、储氢的先进技术，能够解决我国偏远地区用电、用热、用氢等需求，与此同时，在此基础上研究综合能源系统控制策略问题，对于高效并且经济地利用可再生能源是非常必要的。合理的控制策略能够确保系统在满足可靠性以及安全性约束的基础上，实现成本最低，并避免可再生能源的浪费、能源供不应求等情况。因此，充分利用新能源发电与储能的先进技术，建设风机、光电与储能技术一体化的新一代综合能源系统，实现热氢联产系统的运行控制与协调供给，对于我国新一代能源系统建设具有极高的价值和意义。
[0003]在热氢联产综合能源系统运行控制方面，目前存在的问题主要包括在分析研究过程中，需要对多个电解槽的运行状态进行分析，需要考虑风、光等出力的波动性对电解槽运行产生的影响，并根据电解槽实际出力计算弃风弃光率；根据风光出力与实际氢负荷需求以及储氢装置容量，来对电解槽的工作状态进行控制；而电解槽的启停特性又会对热氢联产模型产生影响，最终实际的热输出结果会有所变化。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于解决上述问题，实现含多电解槽的考虑启停特性的热氢联产综合能源系统优化控制方法。
[0005]本专利技术技术方案如下：
[0006]第一方面，本专利技术提供了一种考虑多电解槽启停特性的热氢联产系统优化控制方法，包括以下步骤：
[0007]步骤1，计算考虑到风、光可再生能源出力波动影响下的各电解槽实际功率，并确定电解槽的最大额定功率，建立考虑多电解槽启停特性的分层控制策略；
[0008]步骤2，将电解槽制氢过程中散发的热量进行收集，根据电解槽的工作状态计算产热功率，并结合损失热量计算余热，所述余热用于作为制热储热系统中储热装置的热源以及向用户供给热负荷，实现热氢联产；
[0009]步骤3，根据计算得到的电解槽实际产生的余热量，结合制热储热系统中制热装置的实际制热量和用户热负荷需求，来对制热储热系统进行优化控制。
[0010]第二方面，本专利技术提供了一种考虑多电解槽启停特性的热氢联产系统优化控制装置，包括：
[0011]分层控制策略模块，其用于计算考虑到风、光可再生能源出力波动影响下的各电解槽实际功率，并确定电解槽的最大额定功率，建立考虑多电解槽启停特性的分层控制策略；
[0012]余热收集模块，其用于将电解槽制氢过程中散发的热量进行收集，根据电解槽的工作状态计算产热功率，并结合损失热量计算余热，所述余热用于作为制热储热系统中储热装置的热源以及向用户供给热负荷，实现热氢联产；
[0013]优化控制模块，其用于根据计算得到的电解槽实际产生的余热量，结合制热储热系统中制热装置的实际制热量和用户热负荷需求，来对制热储热系统进行优化控制。
[0014]第三方面，本专利技术提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，该程序被处理器执行时，用于实现上述的考虑多电解槽启停特性的热氢联产系统优化控制方法。
[0015]本专利技术具有的有益效果是：
[0016](1)本专利技术通过建立包含多电解槽装置的制氢储氢系统，综合分析风、光可再生能源出力对电解槽运行状态的影响，计算各电解槽的实际功率以及制氢储氢系统的弃风弃光率，结合不同地区对系统弃风弃光指标的要求，来确定电解槽的最大额定功率，在此基础上综合考虑风光出力、用户氢负荷需求与储氢装置容量，设计了考虑多电解槽启停特性的分层控制策略。
[0017](2)本专利技术建立了包含制热储热系统与制氢储氢系统的热氢联产系统，将电解槽制氢过程中散发的热量进行回收利用，根据电解槽的工作状态计算产热功率，并结合损失热量计算余热，该余热将作为制热储热系统中储热装置的热源，以及直接向用户供给热负荷使用，从而实现系统的热氢联产。
[0018](3)本专利技术综合分析了电解槽实际产生的余热量、制热装置的实际制热量与用户热负荷需求，对制热储热系统进行优化控制。
附图说明
[0019]图1为本专利技术实施例示出的多电解槽的启停特性控制策略；
[0020]图2为本专利技术实施例示出的含多电解槽的考虑启停特性的热氢联产系统；
[0021]图3为本专利技术实施例示出的制热储热系统的优化控制方法。
具体实施方式
[0022]为了更为具体地描述本专利技术，下面结合附图及具体实施方式对本专利技术的技术方案进行详细说明。
[0023]本专利技术包含多电解槽的考虑启停特性的热氢联产综合能源系统优化控制方法，包括如下步骤：
[0024](1)以热氢联产系统为背景，研究热、氢等不同能量形式的能量特征，考虑含有多电解槽的计及启停特性的热氢联产综合能源系统控制策略，通过分析风、光等可再生能源出力对电解装置运行的影响来计算电解槽实际功率，并计算系统弃风弃光率，结合当地对弃风弃光指标的要求确定电解槽的最大额定功率，建立考虑多电解槽启停特性的分层控制策略，以保证系统的协调、稳定运行，从而对热氢联产运行结果产生影响。
[0025]由于风、光等可再生能源的接入，对电解槽的实际输出功率有一定的影响，具体表现为：风力、光伏所输入的电压电流本身就具有波动性，随之带来的电解槽工作状态也会上下起伏，可以将波动程度分为正持续、负持续与随机跳转三种状态。若波动状态为正持续，则会导致电解槽实际功率过高，多余的电功率将会大部分以热量的形式散发出去，一方面
用以维持自身工作温度需要，另一方面可将其收集起来作为辅助热源之一，但时间过长将会影响电解槽工作寿命；若波动状态为负持续，此时电解槽实际功率较低，制氢效率不足，消耗电能也较少；若波动状态为随机跳转，此时电解槽输出功率极不稳定，制氢效率大幅度降低，也严重影响了电解槽的工作寿命。
[0026]本实施例中，实际运行中多个电解槽并联运行，根据功率大小可以分为正常工作状态、待机状态和停机状态。正常工作状态是指输出电功率保持在上下限范围内的制氢状态，此时电解槽的制氢效率保持在一定水平；待机状态是指电解槽处于暂时关闭状态，但需要一定的电功耗维持正常工作时所需要的温度等必要条件；停机状态是指电解槽完全处于关闭模式，此时制氢量与电耗均为0。运行状态定义如下：
[0027][0028]式中：O为1表示电解槽处于正常工作状态，O为0表示电解槽处于非正常工作状态；S为1表示电解槽处于待机状态，S为0表示电解槽处于非待机状态；DD为1表示电解槽处于停机状态，D为0表示电解槽处于非停机状态；
[0029]电解槽在实际运行中由于风光出力波动等原因，其工作状态会进行转换，实际输出功率也随之变化。将所有的电解槽进行标号，方便对不同电解槽状态进行区分，综合考虑多种因素来计算电解槽实际功率，并实现多电解槽的运行调控。
[0030]在本专利技术的一项具体实施中，步骤1的实现过程如下：
[0031]1.1在多电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑多电解槽启停特性的热氢联产系统优化控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，计算考虑到风、光可再生能源出力波动影响下的各电解槽实际功率，并确定电解槽的最大额定功率，建立考虑多电解槽启停特性的分层控制策略；步骤2，将电解槽制氢过程中散发的热量进行收集，根据电解槽的工作状态计算产热功率，并结合损失热量计算余热，所述余热用于作为制热储热系统中储热装置的热源以及向用户供给热负荷，实现热氢联产；步骤3，根据计算得到的电解槽实际产生的余热量，结合制热储热系统中制热装置的实际制热量和用户热负荷需求，来对制热储热系统进行优化控制。2.根据权利要求1所述的考虑多电解槽启停特性的热氢联产系统优化控制方法，其特征在于，所述的步骤1包括：1.1)根据综合能源系统所能接受的最大增加/减少量来限制风光出力，当风光出力处于综合能源系统正常的承受范围内，电解槽处于正常工作状态；若风光出力过大，电解槽在一定时间的工作后处于待机冷却状态；若风光出力过小，电解槽处于停机状态；t时刻每个电解槽的理论输出功率如下：式中，P
ele
(t)表示t时刻电解槽的理论输出功率；P
wt
(t)表示t时刻风力发电功率；η
max
表示综合能源系统所能接受的最大风力功率增量，且η
max
＞0；P
pv
(t)表示t时刻光伏发电功率；λ
max
表示综合能源系统所能接受的最大光伏功率增量，且λ
max
＞0；1.2)结合电解槽的理论输出功率和电解槽额定功率，计算电解槽实际功率，计算公式为：式中，p
real
‑
ele
(t)表示t时刻电解槽的实际功率，p
rate
表示电解槽额定功率。1.3)结合当地对弃风弃光指标的要求确定电解槽的最大额定功率；所述的弃风弃光指标计算公式为：式中，δ表示制氢储氢系统的弃风弃光率，T表示时间段；制氢储氢系统的弃风弃光率与电解槽的额定功率满足一定的函数关系，且在一定范围内，弃风弃光率会随着电解槽额定功率的增大而减小，根据当地对弃风弃光指标的要求，配置电解槽的最大额定功率；1.4)建立考虑多电解槽启停特性的分层控制策略，包括：若风光出力小于综合能源系统正常的承受范围的最低值，则风光出力达不到电解槽的启动功率，电解槽处于停机状态，电解槽均不工作；若风光出力充足，且用户氢负荷需求低于或等于预设值，根据用户氢负荷需求控制部
分电解槽处于正常工作状态以满足氢负荷要求，再控制其余部分电解槽正常工作直至储氢装置的储氢量达到容量限值，之后控制除用于满足氢负荷要求之外的其余电解槽为停机状态；若风光出力充足，且用户氢负荷需求高于预设值，则对所有电解槽进行分层控制；所述的分层控制方法为：将所有的电解槽分为A、B、C三层，每一层设置不同大小的启动功率与相同的待机功率，所述的待机功率大小与电解槽最大功率限值相等，所述的电解槽最大功率限值为电解槽额定功率的110％～130％，所述的启动功率在A、B、C三层中依次增大；风光出力首先作用于A层中的电解槽，当A层中的电解槽达到额定工作状态后，多余风光出力传递到B层；B层中的电解槽启动功率增大，电解槽启动时间相比A层中的电解槽启动时间延长，当B层中的电解槽达到额定工作状态之后，多余风光出力将会传递到C层；C层中的电解槽启动功率最大，电解槽启动时间相比B层中的电解槽启动时间延长，当C层中的电解槽达到额定工作状态之后，则所有的电解槽均达到额定工作状态；若风光出力在满...

【专利技术属性】
技术研发人员：马润生，赵文强，韩永强，赵建勇，年珩，周军，王海亭，陈磊磊，石生超，范彩兄，王正伟，祁富志，徐嘉伟，王克荣，罗仲全，
申请(专利权)人：国网青海省电力公司国网青海省电力公司电力科学研究院浙江大学，
类型：发明
国别省市：