【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种光伏直接耦合制氢系统的电解槽结构参数优化方法，属于光伏制氢。
技术介绍
1、随着“碳达峰”和“碳中和”目标的提出，氢能作为一种理想的二次能源，兼具能量密度大、燃烧热值高、可再生、可储存的优点，其发展备受世界各国关注。随着风电、光伏等可再生能源的大规模发展，利用可再生能源电解水制氢为氢能提供了绿色、低碳、低成本、可持续的生产方式。另外利用太阳能、风能等新能源电解水制氢并作为备用能源存储也成为一种新能源利用方式，提高了新能源的消纳能力。光伏直接耦合制氢系统由光伏阵列和电解槽直接连接，利用光伏电池为商业电解槽供电来制取氢气。
2、由于光伏出力受辐照度影响较大，具有间歇性、波动性的特点，光伏直接耦合制氢系统中光伏阵列最大功率曲线和电解槽i-v特性曲线极易不匹配，产生能量损失，系统产氢速率也因此受到影响。针对系统存在的上述问题，有学者通过粒子群优化算法，以产氢量最大为目标来优化pem电解槽串联结构参数和水活性；还有学者通过实验得出系统在光伏组件和电解槽单元各自不同串并联组合下的能量传递效率，比较得出能量传递效率最优的结构组合；但两者仅对系统单个目标进行优化，并未综合考虑多个目标；有学者动态调节电解槽串并联结构，使得电解槽i-v特性曲线和光伏阵列最大功率曲线接近100％重合，该方法虽然在很大程度上降低了能量损失，但需要频繁变换电解槽内部接线方式，操作复杂，工程实现存在一定困难。
技术实现思路
1、针对以上所述现有技术的缺点，本专利技术提出一种光伏直接耦合制氢系统的
2、本专利技术为达到上述专利技术目的，采用如下技术方案：
3、本专利技术一种光伏直接耦合制氢系统的电解槽结构参数优化方法的特点在于，所述光伏直接耦合制氢系统包括：光伏阵列和碱性电解槽，所述光伏阵列用于将太阳能转化为电能并供给所述碱性电解槽；所述碱性电解槽由电解小室串、并联组成，并通过电解水产生氢气；所述电解槽结构参数优化是按如下步骤进行：
4、步骤1：分别建立光伏阵列、碱性电解槽的数学模型，并得到光伏直接耦合制氢系统的数学模型；
5、步骤2：分析光伏阵列、碱性电解槽和系统的运行特性，得到光伏直接耦合制氢系统的产氢速率和运行功率受辐照度和碱性电解槽串、并联结构参数的影响；
6、步骤3：建立系统的多目标函数，并利用加权和法将多目标函数转为带权重系数的单目标函数；
7、步骤4：利用光伏直接耦合制氢系统的能量传递效率，构建光伏直接耦合制氢系统的匹配程度评估指标；
8、步骤5：通过粒子群优化算法对所述带权重系数的单目标函数的优化变量进行求解，得到碱性电解槽结构的最优参数并作为电解槽结构组合方案；
9、步骤6：分析权重系数对电解槽结构参数的影响，从而得到权重系数的取值范围。
10、本专利技术所述的一种光伏直接耦合制氢系统的电解槽结构参数优化方法的特点也在于，所述步骤3包括：
11、步骤3.1、获取n个典型场景的辐照度数据，并利用数据拟合方法建立典型场景辐照度与时间t的关系{si(t)|i＝1,2...n}；并将{si(t)|i＝1,2...n}代入光伏直接耦合制氢系统的数学模型中，从而得到系统的工作电流{ii(t,ns,np)|i＝1,2...n}，其中，si(t)表示第i个典型场景的辐照度与时间t的关系，ii(t,ns,np)表示第i个典型场景的光伏制氢系统的工作电流，np是碱性电解槽中电解小室的并联支路数，ns是每条电解小室并联支路中的串联电解小室数；
12、步骤3.2、利用式(1)得到第i个典型场景的光伏制氢系统的产氢速率{qi(t，ns，np)|i＝1,2...n}：
13、
14、式(1)中，n0表示单位换算常数，表示氢气的摩尔体积，f表示法拉第常数，z表示电解水制氢反应的转移电子数；
15、利用式(2)得到第i个典型场景的光伏制氢系统的功率损失pi(t，ns，np)：
16、
17、式(2)中，表示第i个典型场景的光伏阵列输出的最大功率；表示第i个典型场景的电解槽的工作功率，即系统的工作功率；
18、步骤3.3、以电解槽串并联结构参数ns、np为优化变量，根据式(3)建立以系统的产氢量最大为目标的第一目标函数，根据式(4)建立以系统能量传递损失wloss最小为目标的第二目标函数：
19、
20、
21、式(3)和式(4)中，ti表示第i个典型场景的光照时长；
22、步骤3.4、利用式(5)得到带权重系数的单目标函数f：
23、
24、式(5)中，wlossmax分别为第一、第二目标函数的最大值，ω为权重系数；
25、步骤3.5、利用式(6)构建单目标函数f中优化变量ns、np的约束：
26、
27、式(6)中，nsmax、npmax是碱性电解槽串、并联电解小室数的最大值。
28、所述步骤4包括：
29、利用式(7)构建光伏直接耦合制氢系统的匹配程度评估指标：
30、
31、式(7)中，ηeff表示光伏直接耦合制氢系统的能量传递效率，分别表示第i个典型场景下的光伏制氢系统在光照时长ti内碱性电解槽的工作功率和光伏阵列输出的最大理论功率。
32、所述步骤6包括：仅改变带权重系数的单目标函数f中的权重系数ω后，计算在不同权重系数下带权重系数的单目标函数求解后的碱性电解槽的结构参数以及系统的产氢量、能量传递效率，从而分析不同权重系数对碱性电解槽结构参数的影响，并得到权重系数的取值范围。
33、本专利技术一种电子设备，包括存储器以及处理器的特点在于，所述存储器用于存储支持处理器执行所述电解槽结构参数优化方法的程序，所述处理器被配置为用于执行所述存储器中存储的程序。
34、本专利技术一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序的特点在于，所述计算机程序被处理器运行时执行所述电解槽结构参数优化方法的步骤。
35、与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
36、本专利技术综合考虑了系统能量传递效率和产氢量，提出一种光伏直接耦合制氢系统的电解槽结构参数优化方法，优化出的电解槽结构参数使得系统的产氢量和能量传递效率综合较优，尽可能满足了制氢工程需求和光伏最优消纳，提高了系统的高效性和经济性；与动态调节电解槽结构和进行实验选出最优电解槽结构的方法相比，本专利技术所提方法简单易行，优化周期短，整体较优，从而克服了光伏直接耦合制氢系统由于能量传递损失最小和产氢量最大分别对应的电解槽串并联结构参数并不一致，在单一目标优化下可能会造成能源浪费或者系统经济性较差的问题。
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1.一种光伏直接耦合制氢系统的电解槽结构参数优化方法，其特征在于，所述光伏直接耦合制氢系统包括：光伏阵列和碱性电解槽，所述光伏阵列用于将太阳能转化为电能并供给所述碱性电解槽；所述碱性电解槽由电解小室串、并联组成，并通过电解水产生氢气；所述电解槽结构参数优化是按如下步骤进行：
2.根据权利要求1所述的一种光伏直接耦合制氢系统的电解槽结构参数优化方法，其特征在于，所述步骤3包括：
3.根据权利要求2所述的一种光伏直接耦合制氢系统的电解槽结构参数优化方法，其特征在于，所述步骤4包括：
4.根据权利要求3所述的一种光伏直接耦合制氢系统的电解槽结构参数优化方法，其特征在于，所述步骤6包括：仅改变带权重系数的单目标函数F中的权重系数ω后，计算在不同权重系数下带权重系数的单目标函数求解后的碱性电解槽的结构参数以及系统的产氢量、能量传递效率，从而分析不同权重系数对碱性电解槽结构参数的影响，并得到权重系数的取值范围。
5.一种电子设备，包括存储器以及处理器，其特征在于，所述存储器用于存储支持处理器执行权利要求1-4中任一所述电解槽结构参数优化方法的程
6.一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器运行时执行权利要求1-4中任一所述电解槽结构参数优化方法的步骤。
...【技术特征摘要】
1.一种光伏直接耦合制氢系统的电解槽结构参数优化方法，其特征在于，所述光伏直接耦合制氢系统包括：光伏阵列和碱性电解槽，所述光伏阵列用于将太阳能转化为电能并供给所述碱性电解槽；所述碱性电解槽由电解小室串、并联组成，并通过电解水产生氢气；所述电解槽结构参数优化是按如下步骤进行：
2.根据权利要求1所述的一种光伏直接耦合制氢系统的电解槽结构参数优化方法，其特征在于，所述步骤3包括：
3.根据权利要求2所述的一种光伏直接耦合制氢系统的电解槽结构参数优化方法，其特征在于，所述步骤4包括：
4.根据权利要求3所述的一种光伏直接耦合制氢系统的电解槽结构参数优化方法，其特征在于，所述步骤...
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