【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电解水制氢，涉及一种用于制氢电解槽系统的频率特性检测方法。
技术介绍
1、随着可在生能源的迅速发展且因为可在生能源出力的不确定性，电解水制氢受到了越来越多的关注并迅速发展起来。但电解槽具有低压、大电流、耐受电压电流纹波小和功率变化范围大的特点，因此电解槽的频率特性也就被人们所关注。电解槽由于其本身的特点，当流入电解槽的电流纹波过大时会对电解槽的阴极以及阳极造成不可逆的损伤，长时间的大纹波电流会导致电解槽寿命的减少，严重可能会危及操作人员的人生安全。
2、通常电解槽的应用中都会有频率特性的检测，通过电化学阻抗谱(eis)可以分析电解槽内部电化学反应机理从而得到其频率特性，而eis的获取一般采用电化学工作站对电解槽进行连续交流扫频，逐点扫描机制会耗费大量的时间，特别是在低频带的测量时间过长。公开日期为2021年的文献《基于电化学阻抗谱的锂离子电池内部温度在线估计方法研究》(中国电机工程学报，范文杰等)提出了在较宽的温度范围内对eis进行测量，该文献中电池的电化学阻抗谱利用parstart ms完成。但是测量电池的电化学阻抗需要对电池进行充放电老化实验，需要将电池在一定的条件下进行充放电次数达到300次，也会耗费时间。
3、电解槽是将buck电路斩波输出的低压大电流的直流电通过一系列的电化学反应将水点解为氢气和氧气，其中产生的氢气在阴极析出，产生的氧气在阳极析出。但电解槽具有低压、大电流、耐受电压电流纹波小和功率变化范围大的特点，因此电解槽的频率特性也就被人们所关注。通常电解槽的应用中都会有频率特
技术实现思路
1、本专利技术的技术方案用于解决现有技术采用电化学阻抗谱获取电解槽频率特性测量时间过长的问题。
2、本专利技术是通过以下技术方案解决上述技术问题的：
3、一种用于制氢电解槽系统的频率特性检测方法，包括以下步骤：
4、s1、采用prbs生成器生成prbs信号；
5、s2、将生成的prbs信号注入制氢电解槽系统的控制系统中，具体如下：将采集的电解槽的电压u0与电解槽的参考电压uref相比做差，经pi控制器补偿得到电感电流的指令信号iref，将采集到的电感电流il与电感电流指令信号iref做差，同时注入一个prbs信号，经pi控制器补偿得到功率开关管v1的占空比，将占空比与三角载波相比较得到功率开关管v1的开关信号；
6、s3、通过prbs验证器接收制氢电解槽系统的响应，生成系统的伯德图，从而获得系统的频率特性。
7、进一步地，所述的制氢电解槽系统包括：变压器、二极管不控整流电路、buck电路；变压器一次侧绕组作为输入端与电源相连接，变压器二次侧绕组与一次侧绕组相耦合，在提供隔离的同时，将一次侧的高等级交流电压变换为低等级电压供给后级二极管不控整流电路；二极管不控整流电路与变压器二次侧绕组相连接，将二次侧绕组提供的低等级交流电整流为直流电给buck电路提供能量，其中第一整流二极管d1、第三整流二极管d3、第五整流二极管d5为不控型器件且为共阴极接法，其阴极与第一功率开关管v1的集电极以及直流滤波电容cd正端相连；第二整流二极管d2、第四整流二极管d4、第六整流二极管d6为不控型器件且为共阳极接法，其阳极与第七整流二极管d7的阳极以及直流滤波电容cd负端相连；buck电路将二极管不控整流电路输出的直流电压经直流滤波电容滤波后通过功率开关管v1的斩波将高等级的直流电压转化为低等级的直流电压为电解槽提供能量，其中功率开关管v1发射级与第七整流二极管d7的阴极以及滤波电感的l的第一端相连接，滤波电感的第二端与输出滤波电容cout的正端以及电解槽的正端相连接，输出滤波电容的负端与共阳极二极管的阳极、第七整流二极管d7的阳极以及电解槽的负端相连接。
8、进一步地，所述的prbs信号的频率范围为[fmin，fmax]，其中fmin＝(fn/np)*(2/2n-1)，fmax＝fn,其中fn是信号的奈奎斯特频率，np是prbs信号中的周期数。
9、进一步地，所述的prbs信号的采样时间ts等于制氢电解槽系统的采样时间。
10、进一步地，所述的prbs信号的阶数为：order＝[log(2π/(ts·fmin))/log(2)]，其中，fmin为prbs信号的频率范围的下限值。
11、进一步地，步骤s3中所述的生成系统的伯德图，从而获得系统的频率特性的方法具体如下：在某一频率点采用快速傅里叶变换处理制氢电解槽系统的输入信号以及输出信号，得到输入信号的幅值和相角分别为inmag和indeg以及输出信号的幅值和相角分别为outmag和outdeg，从而得到该频率点出阻抗模型：zmag＝20log(inmag/outmag)，zdeg＝indeg-outdeg；然后依次测每个频率点的阻抗模型，并考虑最小和最大频率辨识频率，最后得到电解槽的频率频率响应。
12、进一步地，所述的快速傅里叶变换处理的过程如下：
13、其中，dft是将长度为n的数据列x(n)计算出对应的频率列x(k)：为相位因子，x1(k)和x2(k)均为n/2点的dft，k的取值范围为0，1，2……n/2-1，所以只能得出前一半的结果，根据相位因子的周期性，可以得到x1(n/2+k)＝x1(k)，x2(n/2+k)＝x2(k)，即后半部分的值为
14、本专利技术的优点在于：
15、相较于传统eis获取的方法是采用电化学工作站对电解槽进行连续交流扫频，逐点扫描机制浪费大量的时间，本专利技术的方法通过对电解槽控制系统注入prbs信号，更快的获得电解槽的频率特性，使用prbs输入信号与使用正弦波输入信号相比，减少总估计时间，同时产生可比较的估计结果；与使用线性调频输入信号相比，以更高的频率分辨率获得更快的频率响应估计。
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1.一种用于制氢电解槽系统的频率特性检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的用于制氢电解槽系统的频率特性检测方法，其特征在于，所述的制氢电解槽系统包括：变压器、二极管不控整流电路、Buck电路；变压器一次侧绕组作为输入端与电源相连接，变压器二次侧绕组与一次侧绕组相耦合，在提供隔离的同时，将一次侧的高等级交流电压变换为低等级电压供给后级二极管不控整流电路；二极管不控整流电路与变压器二次侧绕组相连接，将二次侧绕组提供的低等级交流电整流为直流电给Buck电路提供能量，其中第一整流二极管D1、第三整流二极管D3、第五整流二极管D5为不控型器件且为共阴极接法，其阴极与第一功率开关管V1的集电极以及直流滤波电容Cd正端相连；第二整流二极管D2、第四整流二极管D4、第六整流二极管D6为不控型器件且为共阳极接法，其阳极与第七整流二极管D7的阳极以及直流滤波电容Cd负端相连；Buck电路将二极管不控整流电路输出的直流电压经直流滤波电容滤波后通过功率开关管V1的斩波将高等级的直流电压转化为低等级的直流电压为电解槽提供能量，其中功率开关管V1发射级与第七整流二极管D7
3.根据权利要求1所述的用于制氢电解槽系统的频率特性检测方法，其特征在于，所述的PRBS信号的频率范围为[Fmin，Fmax]，其中Fmin＝(FN/Np)*(2/2n-1)，Fmax＝FN,其中FN是信号的奈奎斯特频率，Np是PRBS信号中的周期数。
4.根据权利要求3所述的用于制氢电解槽系统的频率特性检测方法，其特征在于，所述的PRBS信号的采样时间Ts等于制氢电解槽系统的采样时间。
5.根据权利要求4所述的用于制氢电解槽系统的频率特性检测方法，其特征在于，所述的PRBS信号的阶数为：Order＝[log(2π/(Ts·Fmin))/log(2)]，其中，Fmin为PRBS信号的频率范围的下限值。
6.根据权利要求5所述的用于制氢电解槽系统的频率特性检测方法，其特征在于，步骤S3中所述的生成系统的伯德图，从而获得系统的频率特性的方法具体如下：在某一频率点采用快速傅里叶变换处理制氢电解槽系统的输入信号以及输出信号，得到输入信号的幅值和相角分别为Inmag和Indeg以及输出信号的幅值和相角分别为Outmag和Outdeg，从而得到该频率点出阻抗模型：Zmag＝20log(Inmag/Outmag)，Zdeg＝Indeg-Outdeg；然后依次测每个频率点的阻抗模型，并考虑最小和最大频率辨识频率，最后得到电解槽的频率频率响应。
7.根据权利要求6所述的用于制氢电解槽系统的频率特性检测方法，其特征在于，所述的快速傅里叶变换处理的过程如下：其中，DFT是将长度为N的数据列x(n)计算出对应的频率列X(k)：为相位因子，X1(k)和X2(k)均为N/2点的DFT，k的取值范围为0，1，2……N/2-1，所以只能得出前一半的结果，根据相位因子的周期性，可以得到X1(N/2+k)＝X1(k)，X2(N/2+k)＝X2(k)，即后半部分的值为
...【技术特征摘要】
1.一种用于制氢电解槽系统的频率特性检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的用于制氢电解槽系统的频率特性检测方法，其特征在于，所述的制氢电解槽系统包括：变压器、二极管不控整流电路、buck电路；变压器一次侧绕组作为输入端与电源相连接，变压器二次侧绕组与一次侧绕组相耦合，在提供隔离的同时，将一次侧的高等级交流电压变换为低等级电压供给后级二极管不控整流电路；二极管不控整流电路与变压器二次侧绕组相连接，将二次侧绕组提供的低等级交流电整流为直流电给buck电路提供能量，其中第一整流二极管d1、第三整流二极管d3、第五整流二极管d5为不控型器件且为共阴极接法，其阴极与第一功率开关管v1的集电极以及直流滤波电容cd正端相连；第二整流二极管d2、第四整流二极管d4、第六整流二极管d6为不控型器件且为共阳极接法，其阳极与第七整流二极管d7的阳极以及直流滤波电容cd负端相连；buck电路将二极管不控整流电路输出的直流电压经直流滤波电容滤波后通过功率开关管v1的斩波将高等级的直流电压转化为低等级的直流电压为电解槽提供能量，其中功率开关管v1发射级与第七整流二极管d7的阴极以及滤波电感的l的第一端相连接，滤波电感的第二端与输出滤波电容cout的正端以及电解槽的正端相连接，输出滤波电容的负端与共阳极二极管的阳极、第七整流二极管d7的阳极以及电解槽的负端相连接。
3.根据权利要求1所述的用于制氢电解槽系统的频率特性检测方法，其特征在于，所述的prbs信号的频率范围为[fmin，fmax]，其中fmin＝(fn/np)*(2/2n-1)，fmax＝fn,其中fn是...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈任峰，谭伟，刘满君，桂吉祥，李子缘，张杰，
申请(专利权)人：安徽佑赛科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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