一种复合型水电解制氢系统技术方案

本发明专利技术公开了一种复合型水电解制氢系统，包括控制模块、执行模块、N个整流变压器和N个电解槽制氢单元；N个整流变压器与N个电解槽制氢单元一一对应，用于将电网的电流转换成对应的电解槽制氢单元的电流；控制模块用于获取输入的有功功率，根据有功功率的大小计算N个电解槽制氢单元的最优启停方式，并向执行模块发送指令，控制执行模块根据最优启停方式，控制N个整流变压器的启停和输出电流量的大小；N个电解槽制氢单元包含A型电解槽制氢单元和与A型电解槽制氢单元不同类型的B型电解槽制氢单元。本发明专利技术能在保证对新能源电力充分利用的前提下进行绿氢制备或在未来提供调峰等电力辅助服务。助服务。助服务。

【技术实现步骤摘要】
一种复合型水电解制氢系统


[0001]本专利技术属于新能源供电的氢气制备
，更具体地，涉及一种复合型水电解制氢系统。

技术介绍

[0002]由于光伏、风电等新能源发电系统具有波动性和间歇性的特点，必要时需要通过弃光弃风来保证电网的安全运行。因此，对弃光弃风进行再利用以提高能源利用率的研究显得尤为重要。
[0003]当前，针对消纳弃光弃风的难题正被积极探索，对于含氢储能和蓄电池混合储能系统的风/光/储并网型微电网结构正被研究，通过建立微电网容量优化配置模型为风/光/储微电网储能容量优化配置提供了参考。
[0004]其中，氢储能技术可实现长周期调节，是极具发展潜力的规模化储能技术。利用氢储能提高弃光弃风消纳逐渐被人们推广研究，一方面，基于含大规模风电氢储能综合能源系统，考虑风能不确定性，提出日前优化模型可以降低弃风量和日运营成本；另一方面，利用现有的风光互补发电储能控制系统为起点，建立风光互补发电储能制氢系统，实施弃风弃光的消纳研究。然而，以上研究主要利用储能技术提高光伏风电的消纳水平，但利用氢储能技术时没有考虑电解槽的制氢效率和启停响应性等问题。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种复合型水电解制氢系统，能够实现对新能源电力的就地消耗，从而使新能源电站具备了弃风弃光电力消纳能力，当电力系统中的总发电量大于电网总负荷量时，能够通过复合型水电解制氢的出力控制系统补偿电网总负荷量，从而在保证对新能源电力充分利用的前提下进行绿氢制备或在未来提供调峰等电力辅助服务。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了一种水电解制氢系统，包括控制模块、执行模块、N个整流变压器和N个电解槽制氢单元；N个整流变压器与N个电解槽制氢单元一一对应，用于将电网的电流转换成对应的电解槽制氢单元的电流；控制模块用于进行计算调度，具体包括：获取输入的有功功率，根据有功功率的大小计算N个电解槽制氢单元的最优启停方式，并向执行模块发送指令，控制执行模块根据最优启停方式，控制N个整流变压器的启停和输出电流量的大小；所述N个电解槽制氢单元包含A型电解槽制氢单元和B型电解槽制氢单元，A型电解槽制氢单元和B型电解槽制氢单元的类型不同。
[0007]在一些实施方式中，A型电解槽制氢单元和B型电解槽制氢单元均为碱性水电解槽制氢单元、纯水质子交换膜电解槽制氢单元和固态氧化物水电解槽制氢单元中的一种。
[0008]在一些实施方式中，控制模块用于控制执行模块启动A型电解槽制氢单元和B型电解槽制氢单元，其中，A型电解槽制氢单元优先满功率运行以消纳电网有功功率，B型电解槽制氢单元按照A型电解槽制氢单元满功率运行的制氢负荷进行热启动；待B型电解槽制氢单
元热启动正常运行后，控制模块再进行计算调度。
[0009]在一些实施方式中，控制模块用于计算N个电解槽制氢单元的最优启停方式包括：
[0010]对N个电解槽制氢单元进行优先级排序；
[0011]根据优先级排序以及输入的有功功率，分配输入的有功功率给各电解槽制氢单元；
[0012]构建概率矩阵，按照概率矩阵对所述N个电解槽制氢单元的启停状态进行采样；
[0013]判断各电解槽制氢单元是否均满足启停时间的约束条件，否则修正启停策略；是则进一步判断各电解槽制氢单元是否均满足不超功率上限的约束条件，是则迭代更新概率矩阵，否则返回构建概率矩阵的步骤；
[0014]判断迭代次数是否达到预设的最大迭代次数max_iter，是则将当前概率矩阵作为最优概率矩阵，根据该最优概率矩阵，得到N个电解槽制氢单元的最优启停方式。
[0015]在一些实施方式中，对N个电解槽制氢单元进行优先级排序包括：
[0016]对A型电解槽制氢单元进行优先级排序；
[0017]对B型电解槽制氢单元进行优先级排序；
[0018]对A型电解槽制氢单元和B型电解槽制氢单元，根据制氢规模进行优先级排序。
[0019]在一些实施方式中，对A型电解槽制氢单元进行优先级排序包括：获取每个A型电解槽制氢单元在最大制氢工况下的功率需求Pmaxa或维持生产氢气的最低功率需求Pmina下、在某时间段T的制氢耗电量Qa，根据制氢耗电量Qa对A型电解槽制氢单元进行优先级排序；对B型电解槽制氢单元进行优先级排序包括：获取每个B型电解槽制氢单元在最大制氢工况下的功率需求Pmaxb或维持生产氢气的最低功率需求Pminb下、在某时间段T的制氢耗电量Qb，根据制氢耗电量Qb对B型电解槽制氢单元进行优先级排序。
[0020]在一些实施方式中，根据优先级排序以及输入的有功功率，分配输入的有功功率给各电解槽制氢单元包括：在多台电解槽制氢单元同时开启、且输入有功功率小于时，按优先级分配输入的有功功率给各电解槽制氢单元；在多台电解槽制氢单元同时开启、且输入有功功率大于时，平均分配输入功率给各电解槽制氢单元；其中，t为时间，为第t时刻第n个电解槽制氢单元在最大制氢工况下的功率需求。
[0021]在一些实施方式中，构建概率矩阵包括：根据电解槽制氢单元的响应情况，构建可行解Xi，可行解Xi为N
×
T矩阵，矩阵中的元素代表所述N个电解槽制氢单元在T时间段的启停响应状态；基于可行解Xi构建概率矩阵停响应状态；基于可行解Xi构建概率矩阵其中，为优势可行解矩阵，通过单变量边缘分布算法对可行解Xi进行概率分布抽样获得，其中，为优势可行解矩阵的距离矢量函数，为优势可行解矩阵的模拟退火函数，ω为权重算子。
[0022]在一些实施方式中，ω具有初始值ω
j
，j＝0；迭代更新概率矩阵包括：更新ω，使得并使j的值增加1。
[0023]在一些实施方式中，启停时间的约束条件包括：电解槽的启动时间要高于系统记录或运行标定的最小启动时间，以及电解槽的停止时间要高于系统记录或运行标定的最小停止时间；修正启停策略包括：将状态改变前的时段和当前时段的启动或停机状态通过概率模型转变为启停一致。
[0024]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：将光伏、风电场站预测电力或弃电功率等作为系统输入功率与电解槽实时出力结合起来，基于最优效能优化复合型多电解槽的启停响应，能够为光伏风电等电力消纳按照有功功率的输入情况选择电解槽优先级响应控制，同时，本专利技术还能够解决电解槽的均一性在长时间运行过程中不能保持较高水平的问题，进一步提高复合型多电解槽制氢系统的综合利用效率。
附图说明
[0025]图1是本专利技术实施例的复合型水电解制氢系统的结构示意图；
[0026]图2是本专利技术实施例的复合型水电解制氢系统用于风电场站弃电利用的结构示意图；
[0027]图3是本专利技术实施例的复合型水电解制氢系统用于光伏场站预测发电的结构示意图；
[0028]图4是本专利技术实施例的复合型水电解制氢系统的控制模块进行控制的方法流程图。
具体实施方式
[0029]为了使本专利技术的目的、技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水电解制氢系统，其特征在于，包括控制模块、执行模块、N个整流变压器和N个电解槽制氢单元；所述N个整流变压器与所述N个电解槽制氢单元一一对应，用于将电网的电流转换成对应的电解槽制氢单元的电流；所述控制模块用于进行计算调度，具体包括：获取输入的有功功率，根据有功功率的大小计算所述N个电解槽制氢单元的最优启停方式，并向所述执行模块发送指令，控制所述执行模块根据最优启停方式，控制所述N个整流变压器的启停和输出电流量的大小；所述N个电解槽制氢单元包含A型电解槽制氢单元和B型电解槽制氢单元，所述A型电解槽制氢单元和所述B型电解槽制氢单元的类型不同。2.根据权利要求1所述的水电解制氢系统，其特征在于，所述A型电解槽制氢单元和所述B型电解槽制氢单元均为碱性水电解槽制氢单元、纯水质子交换膜电解槽制氢单元和固态氧化物水电解槽制氢单元中的一种。3.根据权利要求1所述的水电解制氢系统，其特征在于，所述控制模块用于控制所述执行模块启动所述A型电解槽制氢单元和所述B型电解槽制氢单元，其中，所述A型电解槽制氢单元优先满功率运行以消纳电网有功功率，所述B型电解槽制氢单元按照所述A型电解槽制氢单元满功率运行的制氢负荷进行热启动；待所述B型电解槽制氢单元热启动正常运行后，所述控制模块再进行计算调度。4.根据权利要求1至3中任一项所述的水电解制氢系统，其特征在于，所述控制模块用于计算所述N个电解槽制氢单元的最优启停方式包括：对所述N个电解槽制氢单元进行优先级排序；根据优先级排序以及输入的有功功率，分配输入的有功功率给各电解槽制氢单元；构建概率矩阵，按照概率矩阵对所述N个电解槽制氢单元的启停状态进行采样；判断各电解槽制氢单元是否均满足启停时间的约束条件，否则修正启停策略；是则进一步判断各电解槽制氢单元是否均满足不超功率上限的约束条件，是则迭代更新概率矩阵，否则返回构建概率矩阵的步骤；判断迭代次数是否达到预设的最大迭代次数max_iter，是则将当前概率矩阵作为最优概率矩阵，根据该最优概率矩阵，得到所述N个电解槽制氢单元的最优启停方式。5.根据权利要求4所述的水电解制氢系统，其特征在于，对所述N个电解槽制氢单元进行优先级排序包括：对A型电解槽制氢单元进行优先级排序；对B型电解槽制...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭轶童，宋君花，罗坚，
申请(专利权)人：上海毅镤新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：