【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及氢能，具体涉及一种基于多目标优化的碱性电解槽冷启动方法与装置。
技术介绍
1、可再生能源电解水制氢是实现可再生能源规模化消纳的重要支撑技术。在诸多电解水制氢路线中，以碱性电解槽为核心单元的碱性水电解制氢技术具有技术成熟度高、投资成本低、寿命长等优势，是目前最具商业化应用前景的技术路线。然而，碱性电解槽冷启动速率较慢，在可再生能源消纳应用场景下会严重影响制氢效率和装置安全性。目前有研究通过外置加热器的方式加快碱性电解槽冷启动过程，如专利申请cn116024609a公开一种电解槽启动系统、方法、装置及存储介质，但也带来了额外耗能。如何均衡启动时间、制氢能力、能耗等多维度指标，制定最优的碱性电解槽冷启动策略，目前仍是挑战。
技术实现思路
1、本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种计算复杂度较小、有效降低碱性电解槽冷启动过程的时间与能耗的基于多目标优化的碱性电解槽冷启动方法与装置。
2、本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
3、一种基于多目标优化的碱性电解槽冷启动方法，包括以下步骤：
4、获取碱性电解槽参数，构建碱性电解槽的电热耦合模型；
5、针对目标碱性电解槽冷启动场景，构建面向碱性电解槽冷启动过程的多目标优化模型，该多目标优化模型以最小化启动时间、最小化启动过程能耗、最大化氢气产量中的至少两个为优化目标；
6、基于所述电热耦合模型，采用智能优化算法对所述多目标优化模型进行求解，获取最
7、其中，求解所述多目标优化模型时，将多目标优化模型等价转化为自由终端问题，并将控制变量参数化。
8、进一步地，所述电热耦合模型包括稳态的电化学机理模型和动态热模型。
9、进一步地，所述碱性电解槽冷启动场景包括高纯度氢气生产场景和低纯度氢气生产场景；
10、在高纯度氢气生产场景，所述多目标优化模型以最小化启动时间和最小化启动过程能耗为优化目标；
11、在低纯度氢气生产场景，所述多目标优化模型以最小化启动时间、最小化启动过程能耗和最大化氢气产量为优化目标。
12、进一步地，针对高纯度氢气生产场景，所述多目标优化模型的约束条件表达式为：
13、
14、针对低纯度氢气生产场景，所述多目标优化模型的约束条件表达式为：
15、
16、式中，tf为启动时间，c为启动过程能耗，为氢气产量，u(t)为控制变量向量，t表示t时刻，pheater为加热器功率，pstack为电解槽的输入功率，tstack为电解槽温度，tamb为环境温度，twork为工作温度，nvent为保障氢气产品纯度所需排空的氢气物质的量，imin和imax分别为最小和最大电流，pheater,max为外置加热器的最大加热功率，为氢气产生速率。
17、进一步地，采用分段常数化方法实现所述控制变量参数化。
18、进一步地，采用自由分段方法实现所述控制变量参数化。
19、进一步地，将多目标优化模型等价转化为自由终端问题具体为：通过将真实时间归一化至无量纲的时间τ，实现多目标优化模型的等价转化。
20、进一步地，所述控制变量包括电解槽电流和加热器功率。
21、进一步地，采用多目标决策方法优选最优的碱性电解槽冷启动策略。
22、本专利技术还提供一种基于多目标优化的碱性电解槽冷启动装置，包括一个或多个处理器、存储器和被存储在存储器中的一个或多个程序，所述一个或多个程序包括用于执行如上所述基于多目标优化的碱性电解槽冷启动方法的指令。
23、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
24、1、本专利技术构建包括启动时间和能耗最小等为目标的面向碱性电解槽冷启动过程的多目标优化模型，能够获得最优的优化结果，且相较传统固定策略的启动方法，能够有效降低启动时间与能耗。
25、2、本专利技术将多目标优化模型等价转化为自由终端问题，并将控制变量参数化，显著降低了优化过程的计算复杂度，能够满足现场实时应用需求。
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1.一种基于多目标优化的碱性电解槽冷启动方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于多目标优化的碱性电解槽冷启动方法，其特征在于，所述电热耦合模型包括稳态的电化学机理模型和动态热模型。
3.根据权利要求1所述的基于多目标优化的碱性电解槽冷启动方法，其特征在于，所述碱性电解槽冷启动场景包括高纯度氢气生产场景和低纯度氢气生产场景；
4.根据权利要求3所述的基于多目标优化的碱性电解槽冷启动方法，其特征在于，针对高纯度氢气生产场景，所述多目标优化模型的约束条件表达式为：
5.根据权利要求1所述的基于多目标优化的碱性电解槽冷启动方法，其特征在于，采用分段常数化方法实现所述控制变量参数化。
6.根据权利要求5所述的基于多目标优化的碱性电解槽冷启动方法，其特征在于，采用自由分段方法实现所述控制变量参数化。
7.根据权利要求1所述的基于多目标优化的碱性电解槽冷启动方法，其特征在于，将多目标优化模型等价转化为自由终端问题具体为：通过将真实时间归一化至无量纲的时间τ，实现多目标优化模型的等价转化。
9.根据权利要求1所述的基于多目标优化的碱性电解槽冷启动方法，其特征在于，采用多目标决策方法优选最优的碱性电解槽冷启动策略。
10.一种基于多目标优化的碱性电解槽冷启动装置，其特征在于，包括一个或多个处理器、存储器和被存储在存储器中的一个或多个程序，所述一个或多个程序包括用于执行如权利要求1-9任一所述基于多目标优化的碱性电解槽冷启动方法的指令。
...【技术特征摘要】
1.一种基于多目标优化的碱性电解槽冷启动方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于多目标优化的碱性电解槽冷启动方法，其特征在于，所述电热耦合模型包括稳态的电化学机理模型和动态热模型。
3.根据权利要求1所述的基于多目标优化的碱性电解槽冷启动方法，其特征在于，所述碱性电解槽冷启动场景包括高纯度氢气生产场景和低纯度氢气生产场景；
4.根据权利要求3所述的基于多目标优化的碱性电解槽冷启动方法，其特征在于，针对高纯度氢气生产场景，所述多目标优化模型的约束条件表达式为：
5.根据权利要求1所述的基于多目标优化的碱性电解槽冷启动方法，其特征在于，采用分段常数化方法实现所述控制变量参数化。
6.根据权利要求5所述的基于多目标优化的碱性电解槽冷启动方法，其特征在于，采用...
【专利技术属性】
技术研发人员：贺益君，呼守一，董潇健，沈佳妮，马紫峰，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：
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