【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于可再生能源制氢，具体地涉及一种双周期的绿电制氢系统电解槽集群控制方法。
技术介绍
1、利用风电、光伏等可再生能源发电，并通过电解水制取氢气，可实现将能量以氢的形式储存、运输和利用。进一步利用氢气来替代以煤、石油等化石燃料为基础的传统燃料，可以在交通、冶金、化工等领域实现脱碳。
2、制氢与可再生能源的耦合关键在于利用制氢单元的负荷调节能力来解决风光发电波动性的问题，具体地说，就是要求制氢环节的负荷实时跟随发电环节的出力变化，尽量减少对大电网的依赖，最终目标是实现风光氢系统离网运行。目前，国内外已有数个较大规模的风电、光伏、制氢一体化项目，但为了规避可再生能源出力间歇性和波动性的问题，多数仍然重度依赖于大电网的调节功能。大电网的支持可以使制氢设备以恒定负荷工作，降低了系统控制的难度，又使制氢设备获得较高的利用率，对降低氢气产品成本有一定作用。但是这种运行模式并没有发挥制氢单元作为可变负荷、参与平抑电源波动性的优势，没有起到协助风、光电源大规模融入能源系统的作用，反而对电网的调峰能力造成了新的压力，从而需要更多的火电机组来实现平衡；同时，因为需要从电网获得大量电能，造成高额的电费开销。
3、大规模可再生能源制氢项目的进一步发展，必须对制氢系统采取更积极的控制策略，使制氢负荷跟随发电实时调节。风光出力的变化范围大，出力随风速或光照在0到100％额定发电功率之间波动，同时变化速度快，在分钟乃至更短的时间内都可能发生大幅度的升高或降低。这对制氢系统的调节提出了挑战。电解槽虽然有一定的调节能力，但也受到一
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题在于：提供一种双周期的绿电制氢系统电解槽集群控制方法，解决现有技术方案控制策略不佳、依靠电网或电解槽的启停会导致额外成本增加的问题，实现制氢负荷对风光出力的宽负荷实时跟随，同时兼顾电解槽寿命，避免频繁的启停。
2、依据本专利技术的技术方案，本专利技术提供了一种双周期的绿电制氢系统电解槽集群控制方法，其采用的绿电制氢系统中包括有发电单元、公共电网、制氢站辅助系统、电解槽集群、控制单元、氢气储存使用单元、发电量预测单元；
3、发电单元与公共电网、制氢站辅助系统、电解槽集群相连接；电解槽集群的氢气出口连接氢气储存使用单元；发电单元连接有第一功率测量单元，制氢站辅助系统连接有第二功率测量单元，电解槽集群连接有第三功率测量单元；控制单元与第一功率测量单元、第二功率测量单元、第三功率测量单元、发电量预测单元以及电解槽集群相连接；
4、发电单元用于发电供给制氢站辅助系统和电解槽集群；当发电单元的发电量与制氢站辅助系统、电解槽集群的用电量不相等时，多余电量供给公共电网，或者，缺额部分由公共电网补足；第一功率测量单元用于测量发电单元的发电功率；第二功率测量单元用于测量制氢站辅助系统的用电功率；第三功率测量单元用于测量电解槽集群的用电功率；控制单元用于接收第一功率测量单元、第二功率测量单元、第三功率测量单元测量到的功率数据及发电量预测单元的发电功率预测数据，并根据数据制定控制策略，以及将控制指令发送给电解槽集群；
5、所述的双周期的绿电制氢系统电解槽集群控制方法包括，每隔电解槽集群负荷调节的周期t1，进行负荷调节；进行负荷调节时，控制系统决定电解槽集群的负荷水平，并下发至电解槽集群中电解槽前端的整流器执行调节，进行负荷调节具体包括如下步骤：
6、步骤s11，用过去t1时间内第一功率测量单元测到的发电功率平均值减去第二功率测量单元测到的制氢站辅助系统用电功率平均值，得到电解槽可用的总功率p_src；
7、步骤s12，结合p_src以及氢气储存使用单元对氢气供应量的限制得到电解槽集群目标功率p_tot_aim；
8、步骤s13，将电解槽集群目标功率p_tot_aim分配给单台电解槽，分配时，先扣除启动中的电解槽所需功率，再将剩余功率分配给已处在运行状态的电解槽，得到每台电解槽的调节目标功率p_indiv，形成电解槽功率调节策略；
9、步骤s14，将电解槽功率调节策略下发给电解槽集群执行：对启动过程中电解槽执行规定的启动流程，对已处在运行状态的电解槽调节功率至对应的p_indiv；
10、所述的双周期的绿电制氢系统电解槽集群控制方法还包括，每隔电解槽集群更新启停策略的周期t2，更新电解槽集群启停策略；若更新电解槽集群启停策略的时间与进行负荷调节的时间相重叠，则先更新电解槽集群启停策略，再进行负荷调节；更新电解槽集群启停策略具体包括如下步骤：
11、步骤s21，用过去t2时间内第一功率测量单元测到的发电功率平均值减去第二功率测量单元测到的制氢站辅助系统用电功率平均值，得到第一平均可用绿电功率p_avg1；
12、步骤s22，读取并计算过去2*t2至过去t2时间内平均可用绿电功率，得到第零平均可用绿电功率p_avg0，进而得到第二平均可用绿电功率p_avg2＝2*p_avg1-p_avg0；
13、步骤s23，读取未来t2时间内发电功率预测数据p_avg3；
14、步骤s24，计算加权平均功率p_avg＝a*p_avg1+b*p_avg2+(1-a-b)*p_avg3，其中，a为第一加权系数，b为第二加权系数；
15、步骤s25，计算最优的电解槽运行台数n_on，形成电解槽启停策略；
16、步骤s26，将电解槽启停策略下发给电解槽集群执行。
17、进一步地，步骤s12中，电解槽集群目标功率p_tot_aim的计算方法具体如下：
18、如果对氢气供应量无限制，则p_tot_aim＝p_src；
19、如果对氢气供应量有限制，将氢气储存使用单元可接受的氢气流量上下限折算成电解槽集群功率上下限，折算系数为制取单位氢气产量所需的电能，如果p_src在电解槽集群功率上下限范围内，则p_tot_aim＝p_src，如果p_src低于下限则p_tot_aim取功率下限，如果p_src大于上限则p_tot_aim取功率上限。
20、进一步地，步骤s13中进一步包括如下步骤：
21、步骤s131，设此时有n_starting台电解槽在启动过程中，n_on台电解槽已处在运行状态；启动过程中的n_starting台电解槽优先执行预定启动流程，并给其分配相应电量，已分配的部分电量从p_tot_aim中扣除，剩余待分配电量为p_tot_aim2，将p_tot_aim2分配给n_on台已处在运行状态的电解槽，得到每台电解槽的计算目标功率p_indiv_aim；
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1.一种双周期的绿电制氢系统电解槽集群控制方法，其特征在于，其采用的绿电制氢系统中包括有发电单元、公共电网、制氢站辅助系统、电解槽集群、控制单元、氢气储存使用单元、发电量预测单元；
2.根据权利要求1所述的双周期的绿电制氢系统电解槽集群控制方法，其特征在于，步骤S12中，电解槽集群目标功率P_tot_aim的计算方法具体如下：
3.根据权利要求1所述的双周期的绿电制氢系统电解槽集群控制方法，其特征在于，步骤S13中进一步包括如下步骤：
4.根据权利要求3所述的双周期的绿电制氢系统电解槽集群控制方法，其特征在于，步骤S13中，按平均分配方式将P_tot_aim2分配给N_on台已处在运行状态的电解槽，每台电解槽的计算目标功率P_indiv_aim＝P_tot_aim2/N_on。
5.根据权利要求1所述的双周期的绿电制氢系统电解槽集群控制方法，其特征在于，步骤S25中进一步包括如下步骤：
6.根据权利要求5所述的双周期的绿电制氢系统电解槽集群控制方法，其特征在于，步骤S251中，事先对开启的电解槽台数n为1至N的所有情况进
7.根据权利要求5所述的双周期的绿电制氢系统电解槽集群控制方法，其特征在于，步骤S252中，最佳负荷率r_opt接近电解槽最佳能效点，同时离单电解槽安全运行范围上下限都保持有调节空间。
8.根据权利要求1-7中任一权利要求所述的双周期的绿电制氢系统电解槽集群控制方法，其特征在于，电解槽集群负荷调节的周期T1在1秒至1分钟之间，电解槽集群更新启停策略的周期T2在5分钟至1小时之间；和/或，电解槽集群更新启停策略的周期T2为电解槽集群负荷调节的周期T1的10倍以上。
9.根据权利要求1-7中任一权利要求所述的双周期的绿电制氢系统电解槽集群控制方法，其特征在于，电解槽集群更新启停策略的周期T2为电解槽集群负荷调节的周期T1的整数倍，和/或，电解槽集群更新启停策略的周期T2为发电量预测单元的发电量预测数据更新周期的整数倍。
10.根据权利要求1-7中任一权利要求所述的双周期的绿电制氢系统电解槽集群控制方法，其特征在于，发电单元为风力发电系统、光伏发电系统和/或风力发电与光伏发电相结合的发电系统。
...【技术特征摘要】
1.一种双周期的绿电制氢系统电解槽集群控制方法，其特征在于，其采用的绿电制氢系统中包括有发电单元、公共电网、制氢站辅助系统、电解槽集群、控制单元、氢气储存使用单元、发电量预测单元；
2.根据权利要求1所述的双周期的绿电制氢系统电解槽集群控制方法，其特征在于，步骤s12中，电解槽集群目标功率p_tot_aim的计算方法具体如下：
3.根据权利要求1所述的双周期的绿电制氢系统电解槽集群控制方法，其特征在于，步骤s13中进一步包括如下步骤：
4.根据权利要求3所述的双周期的绿电制氢系统电解槽集群控制方法，其特征在于，步骤s13中，按平均分配方式将p_tot_aim2分配给n_on台已处在运行状态的电解槽，每台电解槽的计算目标功率p_indiv_aim＝p_tot_aim2/n_on。
5.根据权利要求1所述的双周期的绿电制氢系统电解槽集群控制方法，其特征在于，步骤s25中进一步包括如下步骤：
6.根据权利要求5所述的双周期的绿电制氢系统电解槽集群控制方法，其特征在于，步骤s251中，事先对开启的电解槽台数n为1至n的所有情况进行计算，形成一个pl...
【专利技术属性】
技术研发人员：丁奕，李少华，彭扬子，涂宏，汤晓舒，马欣欣，
申请(专利权)人：中国电力工程顾问集团华北电力设计院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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