风光互补的多类耦合制氢系统的优化控制方法及系统技术方案

本申请提出风光互补的多类耦合制氢系统的优化控制方法及系统，所述方法包括：获取预设时段内各时刻的光伏电站发电功率、风电机组发电功率；构建耦合制氢系统优化控制模型，并将所述预设时段内各时刻的光伏电站发电功率、风电机组发电功率代入所述耦合制氢系统优化控制模型中，然后利用粒子群优化算法对所述耦合制氢系统优化控制模型进行求解，得到优化后的预设时段内各时刻的耦合制氢系统优化控制策略；基于所述控制策略对耦合制氢系统中各制氢电解槽进行优化控制。本申请提出的技术方案，提高了多耦合制氢系统中多类型电解协同运行的调控能力，改善了系统的动态运行特性。改善了系统的动态运行特性。改善了系统的动态运行特性。

【技术实现步骤摘要】
风光互补的多类耦合制氢系统的优化控制方法及系统


[0001]本申请涉及耦合制氢系统优化控制领域，尤其涉及一种风光互补的多类耦合制氢系统的优化控制方法及系统。

技术介绍

[0002]随着化石能源的逐渐枯竭以及环境问题的日益严重，发展可靠的清洁能源必将成为人类解决能源危机的重要途径，也是实现双碳目标的重要举措。经过多年的发展，目前光伏和风机已经大量装机，但由于风光资源自身不稳定的特点，新能源生产的电能品质低，需要电网频繁调度，并且需要火电等传统能源不断参与电网频率和负荷的调节，对火电机组的性能和能耗都造成了巨大的影响。因此，目前急需开发高效的可再生能源转换技术。
[0003]目前，在众多转化技术中，利用新能源进行电解水制氢可实现零碳排放，将波动的电能转化为高品质的氢能，可以极大的提高可再生能源的利用效率和可靠性。然而，新能源的波动性会使电解槽处于频繁启停和非稳态运行状态，使得系统整体的调控能力较差，进而降低了制氢效率及设备的使用寿命。

技术实现思路

[0004]本申请提供一种风光互补的多类耦合制氢系统的优化控制方法及系统，以至少解决系统整体的调控能力较差，进而降低了制氢效率及设备的使用寿命的技术问题。
[0005]本申请第一方面实施例提出一种风光互补的多类耦合制氢系统的优化控制方法，包括：
[0006]获取预设时段内各时刻的光伏电站发电功率、风电机组发电功率；
[0007]构建耦合制氢系统优化模型，并将所述预设时段内各时刻的光伏电站发电功率、风电机组发电功率代入所述耦合制氢系统优化控制模型中，然后利用粒子群优化算法对所述耦合制氢系统优化控制模型进行求解，得到优化后的预设时段内各时刻的耦合制氢系统优化控制策略；
[0008]基于所述控制策略对耦合制氢系统中各制氢电解槽进行优化控制。
[0009]优选的，所述耦合制氢系统优化控制策略，包括：
[0010]耦合制氢系统中碱性电解槽的制氢功率参考值、质子交换膜电解槽的制氢功率参考值和固体氧化物电解槽的制氢功率参考值。
[0011]进一步的，所述预设时段内各时刻的光伏电站发电功率的计算式如下：
[0012][0013]式中，P
PV,t
为t时刻光伏电站的发电功率，V
PV,t
为t时刻的光伏电压，I
sc
为光伏短路电流，C1为第一伏安特性调整系数，C2为第二伏安特性调整系数，V
OC
为光伏开路电压，其中，I
m
为光伏最大电流；
[0014]所述预设时段内各时刻的风电机组发电功率的计算式如下：
[0015][0016]式中，P
WT,t
为t时刻风电机组的发电功率，C
p
为风能利用系数，ρ为空气密度，S为风轮面积，υ
t
为t时刻的风速，其中，λ
i
为中间变量，λ为叶尖速比，β为桨距角。
[0017]进一步的，所述耦合制氢系统优化控制模型的构建包括：
[0018]构建耦合制氢系统优化控制的多目标函数，其中所述多目标函数包括：能量损失率最小目标函数、耦合制氢系统成本最小目标函数、耦合制氢系统中各电解槽的寿命最大目标函数；
[0019]以变量范围约束、电解槽动态运行约束为约束条件，并结合所述多目标函数构建耦合制氢系统优化控制模型。
[0020]进一步的，所述能量损失率最小目标函数的计算式如下：
[0021][0022]式中，f1为能量损失率最小目标函数，η
sys,t
为t时刻耦合制氢系统能量效率，η
AE,t
为t时刻碱性电解槽的电解制氢效率，P
AE,t
为t时刻碱性电解槽的制氢功率，η
PEM,t
为t时刻质子交换膜电解槽的电解制氢效率，P
PEM,t
为t时刻质子交换膜电解槽的制氢功率，η
SOEC,t
为t时刻固体氧化物电解槽的电解制氢效率，P
SOEC,t
为t时刻固体氧化物电解槽的制氢功率；
[0023]所述耦合制氢系统成本最小目标函数的计算式如下：
[0024]f2＝min(C
ic,t
+C
oc,t
)
[0025]式中，f2为耦合制氢系统成本最小目标函数，C
ic,t
为t时刻的投资成本，C
oc,t
为t时刻的运维成本；
[0026]所述耦合制氢系统中各电解槽的寿命最大目标函数的计算式如下：
[0027]f3＝max(l1+l2+l3)
[0028]式中，f3为耦合制氢系统寿命最大函数，l1为碱性电解槽寿命，l2为质子交换膜电解槽寿命，l3为固体氧化物电解槽寿命。
[0029]进一步的，所述t时刻碱性电解槽的制氢功率P
AE,t
的计算式如下：
[0030][0031]式中，I
el,AE,t
为t时刻碱性电解槽的电流，V
0,AE
为碱性电解槽的可逆电压，r
AE
为碱性电解槽的电解液欧姆电阻参数，A
cell,AE
为碱性电解槽的有效面积，s
AE
为碱性电解槽的电极过电压系数，T
el,AE,t
为碱性电解槽的温度；
[0032]所述t时刻质子交换膜电解槽的制氢功率P
PEM,t
的计算式如下：
[0033]P
PEM,t
＝I
el,PEM,t
×
[V
0,PEM,t
+V
act,PEM
+V
diff,PEM
+V
ohm,PEM
][0034]式中，I
el,PEM,t
为t时刻质子交换膜电解槽的电流，V
0,PEM,t
为t时刻质子交换膜电解槽的可逆电势，V
act,PEM
为质子交换膜电解槽的活化过电势，V
diff,PEM
为质子交换膜电解槽的扩散过电势，V
ohm,PEM
为质子交换膜电解槽的欧姆过电势；
[0035]所述t时刻固体氧化物电解槽的制氢功率P
SOEC,t
的计算式如下：
[0036]P
SOEC,t
＝I
SOEC,t
×
[E
SOEC,t
+η
conc,c,SOEC,t
+η
conc,a,SOEC,t
+η
act,SOEC,t
+η
ohm,SOEC,t
][0037]式中，I
SOEC,t
为t时刻固体氧化物电解槽的电流，E
SOEC,t
为t时刻固体氧化物电解槽的平衡电压，η
conc,c,SOEC,t本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种风光互补的多类耦合制氢系统的优化控制方法，其特征在于，所述方法包括：获取预设时段内各时刻的光伏电站发电功率、风电机组发电功率；构建耦合制氢系统优化模型，并将所述预设时段内各时刻的光伏电站发电功率、风电机组发电功率代入所述耦合制氢系统优化控制模型中，然后利用粒子群优化算法对所述耦合制氢系统优化控制模型进行求解，得到优化后的预设时段内各时刻的耦合制氢系统优化控制策略；基于所述控制策略对耦合制氢系统中各制氢电解槽进行优化控制。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述耦合制氢系统优化控制策略，包括：耦合制氢系统中碱性电解槽的制氢功率参考值、质子交换膜电解槽的制氢功率参考值和固体氧化物电解槽的制氢功率参考值。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述预设时段内各时刻的光伏电站发电功率的计算式如下：式中，P
PV,t
为t时刻光伏电站的发电功率，V
PV,t
为t时刻的光伏电压，I
sc
为光伏短路电流，C1为第一伏安特性调整系数，C2为第二伏安特性调整系数，V
OC
为光伏开路电压，其中，I
m
为光伏最大电流；所述预设时段内各时刻的风电机组发电功率的计算式如下：式中，P
WT,t
为t时刻风电机组的发电功率，C
p
为风能利用系数，ρ为空气密度，S为风轮面积，υ
t
为t时刻的风速，其中，λ
i
为中间变量，λ为叶尖速比，β为桨距角。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述耦合制氢系统优化控制模型的构建包括：构建耦合制氢系统优化控制的多目标函数，其中所述多目标函数包括：能量损失率最小目标函数、耦合制氢系统成本最小目标函数、耦合制氢系统中各电解槽的寿命最大目标函数；以变量范围约束、电解槽动态运行约束为约束条件，并结合所述多目标函数构建耦合制氢系统优化控制模型。5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述能量损失率最小目标函数的计算式如下：式中，f1为能量损失率最小目标函数，η
sys,t
为t时刻耦合制氢系统能量效率，η
AE,t
为t时刻碱性电解槽的电解制氢效率，P
AE,t
为t时刻碱性电解槽的制氢功率，η
PEM,t
为t时刻质子交
换膜电解槽的电解制氢效率，P
PEM,t
为t时刻质子交换膜电解槽的制氢功率，η
SOEC,t
为t时刻固体氧化物电解槽的电解制氢效率，P
SOEC,t
为t时刻固体氧化物电解槽的制氢功率；所述耦合制氢系统成本最小目标函数的计算式如下：f2＝min(C
ic,t
+C
oc,t
)式中，f2为耦合制氢系统成本最小目标函数，C
ic,t
为t时刻的投资成本，C
oc,t
为t时刻的运维成本；所述耦合制氢系统中各电解槽的寿命最大目标函数的计算式如下：f3＝max(l1+l2+l3)式中，f3为耦合制氢系统寿命最大函数，l1为碱性电解槽寿命，l2为质子交换膜电解槽寿命，l3为固体氧化物电解槽寿命。6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述t时刻碱性电解槽的制氢功率P
AE,t
的计算式如下：式中，I
el,AE,t
为t时刻碱性电解槽的电流，V
0,AE
为碱性电解槽的可逆电压，r
AE
为碱性电解槽的电解液欧姆电阻参数，A
cell,AE
为碱性电解槽的有效面积，s
AE
为碱性电解槽的电极过电压系数，T
el,AE,t
为碱性电解槽的温度；所述t时刻质子交换膜电解槽的制氢功率P
PEM,t
的计算式如下：P
PEM,t
＝I
el,PEM,t
×
[V
0,PEM,t
+V
act,PEM
+V
diff,PEM
+V
ohm,PEM
]式中，I
el,PEM,t
为t时刻质子交换膜电解槽的电流，V
0,PEM,t
为t时刻质子交换膜电解槽的可逆电势，V
act,PEM
为质子交换膜电解槽的活化过电势，V
diff,PEM
为质子交换膜电解槽的扩散过电势，V
ohm,PEM
为质子交换膜电解槽的欧姆过电势；所述t时刻固体氧化物电解槽的制氢功率P
SOEC,t

【专利技术属性】
技术研发人员：王文毓，陈丰，王喆，李军，高林，王林，周俊波，王明坤，赵章明，高耀岿，郭彦君，查玲，雷杨祥，弓林娟，张显荣，董竞豪，
申请(专利权)人：西安西热控制技术有限公司，
类型：发明
国别省市：