一种基于温变动态滤波的混合制氢功率协同控制方法

本发明涉及一种基于温变动态滤波的混合制氢功率协同控制方法，属于新能源领域中的氢电耦合系统运行控制技术。

背景技术：

1、在诸多新能源当中，氢能来源丰富、绿色低碳，氢能是理想的清洁二次能源，其取自于水，经过电解水反应后得到氢气和氧气，燃烧后的反应物是无任何污染的纯净水，因此完全符合低碳环保的要求，发展可再生能源制氢，对构建清洁低碳安全高效的能源体系具有重要意义。

2、然而可再生能源电解制氢面临着诸多问题。由于可再生能源具有间歇性、波动性和随机性的特点，单一形式的制氢无法满足要求，因此碱性制氢和质子交换膜制氢的混合制氢模式成为了具有前景的解决方案。然而不同种类制氢的响应速度、寿命周期、产气效率方面存在差异，因此亟需找到适用于混合制氢的控制方法。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种基于温变动态滤波的混合制氢功率协同控制方法，本发明解决了混合制氢响应速度慢、设备使用寿命短、调控不灵活、混合制氢系统难以长周期稳定、高效运行等问题，使得混合制氢在不同工况下实现高效运行。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、一种基于温变动态滤波的混合制氢功率协同控制方法，利用可再生能源发电进行混合制氢，混合制氢包括碱性制氢和质子交换膜制氢；混合制氢时，实时获取t时刻的碱性制氢电解槽温度，基于温变动态滤波，对混合制氢进行功率协同控制，其中t时刻的可再生能源发电功率经过低通滤波的输出值作为t时刻的碱性制氢消耗功率参考值

4、

5、t时刻的质子交换膜制氢消耗功率的参考值

6、

7、ti(t)＝-k·c(t)+b，k，b＞0

8、其中，pin(t)为可再生能源发电功率，td为计算周期，ti(t)为基于碱性制氢电解槽温度状态值的可变滤波时间常数，c(t)表示t时刻的碱性制氢电解槽温度，k和b均为经验系数。

9、进一步地，经验系数k和b的值通过如下方法获取：

10、将碱性制氢电解槽温度c(t)为电解槽额定工作温度cp时，滤波时间常数ti为0；碱性制氢电解槽温度c(t)为冷启动阶段的初始温度ci时，滤波时间常数ti为碱性制氢电解槽冷启动时间tpmax两个条件分别代入可变滤波时间常数公式，联立解得经验系数k，b的值。

11、进一步地，初始温度ci和电解槽冷启动时间tpmax，通过如下方法获取：

12、冷启动阶段的初始温度ci通过测量碱性制氢电解槽开机前的电解槽温度获得；

13、碱性制氢电解槽冷启动时间tpmax通过在碱性制氢电解槽初始温度为ci时，在最大电压约束和最大电流约束的限制下，测量碱性制氢从功率为0阶跃响应至额定功率值pmax所需时间，即为tpmax。

14、进一步地，所述最大电压约束为

15、umax＝n·ucell

16、其中n为碱性制氢电解槽串联电解小室个数，ucell为电解小室最大电压。

17、进一步地，所述最大电流约束为

18、imax＝s·σmax

19、其中σmax为碱性制氢电解槽的最大电流密度，s为碱性制氢电解槽极板面积。

20、当碱性制氢电解槽达到了最大电压或者最大电流，此时碱性制氢电解槽功率即为最大功率。进一步地，所述可再生能源发电为风力发电、光伏发电或水力发电。

21、一种基于温变动态滤波的混合制氢装置，包括：碱性制氢装置、质子交换膜制氢装置和控制器；所述控制器实时获取t时刻的碱性制氢电解槽温度，基于温变动态滤波，对混合制氢进行功率协同控制，其中t时刻的可再生能源发电功率经过低通滤波的输出值作为t时刻的碱性制氢消耗功率参考值

22、

23、t时刻的质子交换膜制氢消耗功率的参考值

24、

25、ti(t)＝-k·c(t)+b，k，b＞0

26、其中，pin(t)为可再生能源发电功率，td为计算周期，ti(t)为基于碱性制氢电解槽温度状态值的可变滤波时间常数，c(t)表示t时刻的碱性制氢电解槽温度，k和b均为经验系数。

27、本发明的有益效果是：基于本发明所提出的控制策略进行混合制氢，既可以发挥长期运行条件下，碱液制氢使用寿命长、成本低的优势，又可以利用pem制氢响应速度快，运行范围宽的特点，提升系统调控的灵活性，从而充分挖掘不同制氢系统的消纳潜力，提升混合制氢系统与快速、大范围功率波动可再生能源的匹配性，实现混合制氢系统长周期稳定、高效运行。

技术特征：

1.一种基于温变动态滤波的混合制氢功率协同控制方法，利用可再生能源发电进行混合制氢，混合制氢包括碱性制氢和质子交换膜制氢；其特征在于，混合制氢时，实时获取t时刻的碱性制氢电解槽温度，基于温变动态滤波，对混合制氢进行功率协同控制，其中t时刻的可再生能源发电功率经过低通滤波的输出值作为t时刻的碱性制氢消耗功率参考值

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，经验系数k和b的值通过如下方法获取：

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，初始温度ci和电解槽冷启动时间tpmax，通过如下方法获取：

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述最大电压约束为

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述最大电流约束为

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述可再生能源发电为风力发电、光伏发电或水力发电。

7.一种基于温变动态滤波的混合制氢装置，其特征在于，包括：碱性制氢装置、质子交换膜制氢装置和控制器；所述控制器实时获取t时刻的碱性制氢电解槽温度，基于温变动态滤波，对混合制氢进行功率协同控制，其中t时刻的可再生能源发电功率经过低通滤波的输出值作为t时刻的碱性制氢消耗功率参考值

技术总结
本发明公开了一种基于温变动态滤波的混合制氢功率协同控制方法。本发明将可再生能源输入功率经过低通滤波后，基于碱液制氢电解槽的温度状态值，对滤波时间常数进行调节，从而将碱液制氢电解槽的功率控制在该温度下的最大值，通过该种控制方法既可以发挥长期运行条件下，碱液制氢使用寿命长、运行成本低的优势，又可以利用PEM制氢响应速度快，运行范围宽的特点，提升系统调控的灵活性，实现碱液制氢和质子交换膜制氢的动态功率分配，使得碱液制氢的利用率最大化，缩短了质子交换膜电解槽的运行时间，实现了混合制氢的高效运行。

技术研发人员：程浩然,夏杨红,李立民,胡致远,韦巍,赵波
受保护的技术使用者：浙江大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/22