一种通用型直流离网制氢系统非线性能量枢纽模型

本发明属于制氢技术及综合能源，具体的涉及一种基于模块化子系统动态能量转换模型和节点-支路关联矩阵的非线性能量枢纽模型。

背景技术：

1、氢能可以实现电能和化学能之间的相互转换，并且可以作为一种清洁无污染的储能材料。利用可再生能源与制氢工业结合制取绿氢，在能源供应端方面降低化石能源消纳占比，在能源消耗端采用氢能进行能量转化，实现碳排放为零的目标。由于可再生能源的随机性，并网制氢系统会影响电网安全稳定运行，且电能在变换过程中会造成较大损耗。直流离网制氢系统有利于实现多种能源的耦合，且交直流变换过程少、能量利用率高，然而仍处于示范工程阶段，还需要深入研究。

2、目前制氢系统主要为天然气重整制氢、电解制氢、石油化工制氢等，对于可再生能源耦合制氢的研究较少。多数针对可再生能源制氢系统的研究仍为并网型系统，这种系统将可再生能源发出的电并入电网后再分配给制氢负载，当发电系统电力供应过多时，会加大电网调峰难度，当需求侧电力消耗过多时，会影响氢气的制取效率，因此并网型制氢系统难以适应各行业对氢能持续增长的消耗需求。

3、现有技术中，对直流离网制氢系统的内部能流转换过程研究较少，没有利用模块化子系统能量转换模型建立通用型非线性能量枢纽模型的方法。

技术实现思路

1、本发明的目的是：克服现有技术的不足，建立一种通用型直流离网制氢系统非线性能量枢纽模型。其能够实现制氢系统各子系统非线性动态能量转换模型模块化，实现分析各类拓扑下的直流离网制氢系统内部能量非线性转换特性分析，有效提高分析准确性，减少分析时间。

2、技术方案包含以下步骤：

3、(1)基于直流离网制氢系统中dab、逆变器、整流器、电解槽、燃料电池、储能单元的工作机理建立输入功率、输出功率、损耗功率之间的模块化非线性动态能量转换模型。

4、(2)基于直流离网制氢系统拓扑建立节点-支路关联矩阵。

5、(3)基于节点-支路关联矩阵建立输入端口-支路关联矩阵、输出端口-支路关联矩阵、内部节点-支路关联矩阵。

6、(4)建立直流离网制氢系统非线性能量枢纽模型，得到系统分配、转换和存储过程中的各能量流的耦合和切换关系。

7、本发明国内外首次通过建立模块化子系统动态能量转换模型与节点-支路关联矩阵结合，建立可推广、可复制的直流离网制氢系统非线性能量枢纽模型，实现了快速分析各类拓扑下的直流离网制氢系统内部非线性能流传输规律的需要。

技术特征：

1.一种通用型直流离网制氢系统非线性能量枢纽模型，其特征在于：其包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的非线性动态能量转换模型，其特征在于：所述步骤(1)中，分析直流离网制氢系统中各子系统的工作机理，得到了多异质能流下各子系统输入功率、输出功率之间的动态转换关系，实现了各子系统非线性能量转换关系的模块化。

3.根据权利要求1所述的非线性能量枢纽模型，其特征在于：所述步骤(4)中，通过模块化子系统非线性能量转换模型结合任意直流离网制氢系统节点-支路关联矩阵得到了能量枢纽模型，实现了制氢系统内部非线性能量转换关系模型建立的普适化。

4.根据权利要求1所述的一种通用型直流离网制氢系统非线性能量枢纽模型，其特征在于：通过直流离网制氢系统中模块化的子系统非线性能量转换模型和对应系统节点-支路关联矩阵建立非线性能量枢纽模型，形成了可推广、可复制的非线性动态能量传输模型构建方式。

技术总结
一种通用型直流离网制氢系统非线性能量枢纽模型，包括：(1)建立DAB、逆变器、整流器、电解槽、燃料电池、储能单元非线性动态模型；(2)建立各子系统模块化转换特性矩阵；(3)基于直流离网制氢系统建立节点‑支路关联矩阵；(4)建立输入端口‑支路关联矩阵、输出端口‑支路关联矩阵、内部节点‑支路关联矩阵；(5)建立直流离网制氢系统非线性能量枢纽模型。该方法将依据直流离网制氢系统中各子系统工作机理建立的模块化非线性转换特性矩阵与以直流离网制氢系统自身拓扑建立的节点‑支路关联矩阵相结合，建立一种通用型直流离网制氢系统非线性能量枢纽模型，得到系统分配、转换和存储过程中的各非线性能量流的耦合和切换关系。

技术研发人员：康忠健,马宇航,李龙晨,段凤桐
受保护的技术使用者：中国石油大学（华东）
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15