一种用于风功率平抑的SOEC系统功率控制方法和系统技术方案

技术编号：40844156 阅读：7 留言：0更新日期：2024-04-01 15:11

本发明专利技术公开了一种用于风功率平抑的SOEC系统功率控制方法和系统，涉及固体氧化电解池技术领域。其方法包括以下步骤：基于风力发电机组输出功率获取SOEC系统的充电功率指令；将所述充电功率指令输入SOEC系统，并基于前馈控制与反馈控制结合策略对SOEC系统的充电功率进行控制。本发明专利技术利用前馈控制与反馈结合算法对SOEC系统的充电功率进行控制，使SOEC系统达到功率跟随效果来平抑风功率波动。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及应用于平抑风功率波动的固体氧化电解池(solid oxideelectrolysis cell，soec)系统，具体涉及一种soec系统处理充电功率指令的前馈与反馈结合的功率控制方法。

技术介绍

1、风力发电作为一种清洁高效的可再生能源，是最有希望替代以化石燃料为基础的能源之一，但因其具有地域性、随机性和间歇性等特点，不能稳定的保持供电，对电网产生很大冲击。风电制氢是一种高效清洁的新能源利用模式，可以有效解决风力就地消纳问题。不同电解水技术均能实现平抑风电场输出功率波动，但是平抑效果不同且产氢效率存在差异，soec制氢系统扩展性较强，可由多个电池堆组装而成，额定功率从数瓦到数千瓦不等，可灵活的根据不同规模的需求进行调整。同时soec制氢系统具有绝无仅有的高效性，可应用于平抑风电场输出功率波动，但控制方法研究较少，且不同场景所用控制方法各不相同，为了实现soec在风电场中的应用，需要在控制方法方面提出较高要求，来实现精确可靠模型的建立和优化。

2、目前国内外soec技术研究内容主要侧重电极、电解质等材料的开发，尚未实现商业化仍处在实验研究阶段，在电堆建模方面主要依据气体组分、butler-volmer方程、fick扩散模型等建立电池状态与电流密度、温度、气量之间的关系。以上模型的参数敏感性强，实用性有限，缺少客观实际数据支撑。在风电场接入电力系统并网标准下，针对soec的非线性与时滞特性，需要提出一种控制方法来达到功率跟随效果，通过精确模型的建立，来达到平抑风功率波动的性能，从而实现“弃风”的有效利用。</p>

3、对于soec系统应用于一次能源等场景或者在平抑风功率波动控制方法研究方面，目前有代表性的技术包括以下几种：

4、(1)尉倥,段立强,朱自强,等.太阳能驱动的固体氧化物电解池制氢系统性能研究[j].太阳能学报,2022,43(06):536-545。

5、(2)程丽娟,何强龙,孙天龙,等.基于电解槽电流控制的风电制氢系统控制策略[j].轻工科技,2021,37(05):48-49。

6、(3)沈小军,聂聪颖,吕洪.计及电热特性的离网型风电制氢碱性电解槽阵列优化控制策略[j].电工技术学报,2021,36(03):463-472。

7、(4)卢捷,于立军,郑培,等.风氢耦合系统超前控制策略研究[j].太阳能学报,2022,43(03):53-60。

8、(5)koiwa k,umemura a,takahashi r,et al.stand-alone hydrogenproduction system composed ofwind generators and electrolyzer[j].ieeeindustrial electronics society.2013:1873-1878。

9、(6)中国科学院上海应用物理研究所.基于rsoc技术的风光—氢综合能源系统、方法、设备及介质.中国专利技术专利，cn202211278146,2022-12-23。

10、相关技术(1)将soec系统与太阳能耦合，建立了一种采用光伏、光热协同驱动的soec高温蒸汽电解制氢系统。相关技术(2)基于电解槽电流控制原理构建多优化目标控制模型，从风速控制和负荷控制两方面保证风能资源的合理使用。相关技术(3)提出一种基于轮值思想的碱性电解槽阵列协调控制策略，通过实例仿真证明在不同功率情况下电解槽阵列可以很好的跟随风功率曲线。相关技术(4)建立风氢耦合系统并提出超前控制策略，以最小化功率波动平滑为目标函数，有效减小实际输出与出力计划偏差。相关技术(5)提出了一种由多个并联风力发电机和氢电解槽组成的独立制氢系统，设计并联发电机斩波器控制系统，通过仿真证明电解槽能有效地消耗风电输出功率。相关技术(6)提出一种基于rsoc技术的风光氢综合能源系统、方法、设备及介质，采用基于规则的能量管理方法从而提高能源系统调控性能。

11、然而，以上多个相关技术并未考虑将soec系统应用于平抑风功率波动场景，且在不同情况下所用控制方法各有不同。

12、因此，考虑到soec系统电解水制氢绝无仅有的高效性，亟待设计一种用于风功率平抑的soec系统功率控制方法，来实现soec系统在风电场中的应用，从而使“弃风”有效利用。

技术实现思路

1、基于现有技术的不足之处，本专利技术提供了一种用于风功率平抑的soec系统功率控制方法和系统。

2、为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：

3、首先本专利技术公开了一种用于风功率平抑的soec系统功率控制方法，包括如下步骤：

4、基于风力发电机组输出功率获取soec系统的充电功率指令；

5、将所述充电功率指令输入soec系统，并基于前馈控制与反馈结合方法对soec系统的充电功率进行控制。

6、进一步地，所述soec系统包括多个并联的单个soec电堆，每个soec电堆包括多个串联的单电解池。

7、进一步地，所述soec系统通过以下步骤建立：

8、基于soec电堆实验数据构建soec系统，所述soec电堆实验数据包括，

9、soec系统工作压强、soec系统工作温度、soec电堆阴极厚度、soec电堆阳极厚度、soec电解质厚度、soec电堆阴极入口成分及soec电堆阳极入口成分。

10、进一步地，基于风力发电机组输出功率获取soec系统的充电功率指令，具体包括以下步骤：

11、利用集合经验模态分解算法对风力发电机组的原始输出功率进行分解，获取频率由高到低排列的imf分量信号以及残余分量信号；

12、根据风电并网标准以及储能系统相对于风电装机容量的约束条件，对所述imf分量和残余分量信号进行调整重构：

13、将符合风电并网标准的imf分量和残余分量信号进行并网，将不符合风电并网标准的imf分量信号分配给储能系统；

14、根据频率高低对分配给储能系统的imf分量信号再次划分为高频分量信号和次高频分量信号；

15、将所述次高频分量信号作为总充放电指令；

16、提取所述总充放电指令中的正值部分，作为soec系统的充电功率指令。

17、进一步地，基于前馈控制与反馈结合对soec系统的充电功率进行控制，具体包括以下步骤：

18、将soec系统的充电功率指令作为控制系统的输入参考功率值；

19、所述输入参考功率值通过前馈控制器得到前馈输出值；

20、所述输入参考功率值通过pi控制器得到pi输出值；

21、将所述前馈输出值和pi输出值一同作为soec系统的输入电流值；

22、根据所述输入电流值和功率公式计算得到soec系统电解水过程消耗的实际功率，并通过所述实际功率对所述pi控制器进行反馈控制。

23、进一步地，用于风功率平抑的soec系统功率控制本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种用于风功率平抑的SOEC系统功率控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的用于风功率平抑的SOEC系统功率控制方法，其特征在于，所述SOEC系统包括多个并联的单个SOEC电堆，每个SOEC电堆包括多个串联的单电解池。

3.根据权利要求1所述的用于风功率平抑的SOEC系统功率控制方法，其特征在于，所述SOEC系统通过以下步骤建立：

4.根据权利要求1所述的用于风功率平抑的SOEC系统功率控制方法，其特征在于，基于风力发电机组输出功率获取SOEC系统的充电功率指令，具体包括以下步骤：

5.根据权利要求1所述的用于风功率平抑的SOEC系统功率控制方法，其特征在于，基于前馈与反馈结合实现对SOEC系统的充电功率进行控制，具体包括以下步骤：

6.根据权利要求1所述的用于风功率平抑的SOEC系统功率控制方法，其特征在于，还包括：

7.根据权利要求6所述的用于风功率平抑的SOEC系统功率控制方法，其特征在于，SOEC系统运行后计算随机点的相对误差和平均绝对百分比误差，具体包括以下公式：

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【技术特征摘要】

1.一种用于风功率平抑的soec系统功率控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的用于风功率平抑的soec系统功率控制方法，其特征在于，所述soec系统包括多个并联的单个soec电堆，每个soec电堆包括多个串联的单电解池。

3.根据权利要求1所述的用于风功率平抑的soec系统功率控制方法，其特征在于，所述soec系统通过以下步骤建立：

4.根据权利要求1所述的用于风功率平抑的soec系统功率控制方法，其特征在于，基于风力发电机组输出功率获取soec系统的充电功率指令，具体包括以下步骤：

5.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：武鑫，熊星宇，冯歌，彭苏萍，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：

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