[发明专利]一种电解制氢系统中的自适应响应控制方法、系统及装置

权利要求书

1.一种电解制氢系统中的自适应响应控制方法，其特征在于，所述方法包括：

对所述电解制氢系统进行分层控制，其中，上层控制生成所述电解制氢系统的能耗运行曲面图，所述能耗运行曲面图用于表征最佳制氢效率与电解槽运行压力和电解槽运行温度之间的映射关系；

上层控制在当前时刻获取所述电解制氢系统中功率变换器的输出功率，或者所述电解制氢系统下游端的用氢需求，并在所述能耗运行曲面图中确定与所述输出功率或者所述用氢需求相匹配的最佳工作点；

下层控制读取所述最佳工作点对应的最佳运行参数，并基于所述最佳运行参数对所述电解制氢系统中的各项组件进行调节，以使得所述电解制氢系统过渡至所述最佳工作点；

其中，在所述能耗运行曲面图中确定与所述用氢需求相匹配的最佳工作点时，在所述能耗运行曲面图中确定所述用氢需求对应的目标恒产氢量曲线，并将所述目标恒产氢量曲线中制氢效率最大的点作为与所述用氢需求相匹配的最佳工作点；

其中，生成所述电解制氢系统的能耗运行曲面图包括：

构建所述电解制氢系统的效率优化目标函数以及所述效率优化目标函数所满足的约束条件；

在所述约束条件表征的约束范围内，将所述电解制氢系统中的电解槽运行压力离散为多个离散压力点，并针对每个所述离散压力点，根据所述效率优化目标函数生成各自对应的局部最优点；

将每个压力点下的局部最优点构成的曲面图作为生成的所述能耗运行曲面图；

所述效率优化目标函数按照以下公式表示：

在约束条件表征的约束范围内，将所述电解制氢系统中的电解槽运行压力离散为多个离散压力点，每个离散压力点下的效率优化目标函数简化为：

maxη_sys＝f(T,I_i,Q)

其中，η_sys为所述电解制氢系统的制氢效率，I_tot为所述电解制氢系统中各个电解槽的电流之和，HHV_H2为氢气高热值，F为法拉第常数，P_el为各个所述电解槽所需的总功率，P_Bop为所述电解制氢系统中辅机模块的总功率，T表示电解槽运行温度，V表示电解槽运行压力，I_i表示第i个电解槽的电流，Q表示循环水流量；

基于所述最佳运行参数对所述电解制氢系统中的各项组件进行调节包括：

从所述最佳运行参数中识别最佳循环水流量，并基于所述最佳循环水流量计算出冷却水泵的目标流量；

根据所述最佳循环水流量和所述目标流量，分别对所述电解制氢系统中的循环水泵和冷却水泵进行调节；

从所述最佳运行参数中识别各个电解槽的最佳电流，并通过调节与各个所述电解槽相连的变流器，以将各个所述电解槽的工作电流调节为对应的目标电流；

从所述最佳运行参数中识别最佳电解槽运行压力，并同时调节所述电解制氢系统中氢气侧与氧气侧的尾端调节阀，以使得氢气侧和氧气侧的运行压力都达到所述最佳电解槽运行压力；

在具体调节时，从所述最佳运行参数中识别各个电解槽的最佳电流，并通过调节与各个所述电解槽相连的DC/DC变流器的电流I_dc，当每个DC/DC变流器的电流I_dc与对应电解槽的最佳电流之间的差值小于△I_dc时，就表明将各个所述电解槽的工作电流调节为对应的目标电流；

从所述最佳运行参数中识别最佳循环水流量，并基于所述最佳循环水流量计算出冷却水泵的目标流量，根据所述最佳循环水流量和所述目标流量，分别对所述电解制氢系统中的循环水泵和冷却水泵进行调节，并根据换热器的出口温度对循环水流量进行反馈调节；

控制所述循环水泵和所述冷却水泵的水泵转速和管路上的旁路调节阀，对循环水流量和冷却水流量进行调节；同时，从所述最佳运行参数中识别最佳电解槽运行压力，并调节所述电解制氢系统中氢气侧与氧气侧的尾端调节阀，以使得氢气侧和氧气侧的运行压力都达到所述最佳电解槽运行压力；

具体地，判断各个电解槽的最佳循环水流量与实测值之间的差值是否小于△Q，并且换热器的出口温度的实际值与最佳电解槽运行温度之间的差值是否小于△T，若均是，则继续判断压力测点P1和P2的压力值是否达到最佳运行参数限定的目标值；如果是，则表明电解制氢系统目前过渡至最佳工作节点。