[发明专利]用于电解水制氢装置的控制方法、控制系统和计算机可读介质

说明书

本发明涉及用于电解水制氢装置的控制方法、控制系统和计算机可读介质。控制方法包括如下步骤：预测可再生能源发电系统的功率；以及基于可再生能源发电系统的预测功率来控制电解水制氢装置的负荷。

技术领域

本发明涉及电解水制氢装置。更具体地，本发明涉及用于电解水制氢装置的控制方法、控制系统和计算机可读介质。

背景技术

传统的电解水制氢站/制氢装置采用电网稳定供电，制氢装置只需在给定的功率输入下稳定运行即可，无需控制制氢装置的负荷的实时动态变化。随着风电、光伏等可再生能源发电系统直接耦合制氢技术的发展，电解水制氢站的负荷需要实时跟随风电、光伏等可再生能源发电系统的电力输入进行动态调整。传统的制氢站调度控制系统根据电力输入将调度指令平均分配到每一台电解槽上，但是这样会降低制氢站负荷调节的灵活性。此外，传统的控制技术没有考虑每台电解槽性能状态的差异性，无法根据每台电解槽的性能差异优化制氢站的电量分配，造成制氢站能耗的增加。每台电解水槽的负荷与制氢站的整体负荷之间的关系如图1所示。

此外，传统制氢站控制技术根据实时电力输入，将负荷分配给每台电解槽。但是，由于电解制氢及其他下游装置的负荷调节能力是有限的，且通常小于风电、光伏等可再生能源发电系统的出力变化速度。因此，制氢站的负荷调节速度通常滞后于可再生能源的变化速度。制氢装置的负荷与可再生能源出力之间的差异只能通过电网补充，如图2所示。

现有技术存在以下缺陷：

（1）受制于当前技术水平，单台电解水槽的最低稳定运行负荷一般在30%-40%之间。在传统制氢站控制系统中，每台电解水槽的运行负荷均相同，因此整个制氢站的最低负荷也只能降低到与单台电解水槽相同的程度。也就是说，在风电、光伏等可再生能源发电系统直接耦合电解水制氢装置中，如果风电、光伏的出力小于此最低限值，制氢站就必须采用电网供电补充风电、光伏等可再生能源发电系统出力的不足，影响制氢站的经济效益和碳排放足迹。否则制氢站就只能关停，但这样做会降低产量，同样会降低经济效益。

（2）由于加工制造误差、设备老化程度不一致等原因，制氢站内每台电解水槽的性能不尽相同。在相同的能耗下，每台电解水槽的产氢量不同；反之，在相同的产氢量下，每台电解水槽的能耗不同。因此，制氢站在低负荷下运行时存在能量优化分配的空间，以使在相同的氢气产量下制氢站的总体能耗最低。

（3）现有控制技术没有对风电、光伏等可再生能源发电系统的出力进行预测，并根据预测结果提前控制制氢站负荷的升降，造成制氢站的负荷调节具有一定的滞后性，增加对电网支撑的依赖。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，本发明提出以下方面的改进：

（1）在制氢站优化调度系统中集成可再生能源功率预测模块，根据未来1-4小时的功率预测对制氢站负荷进行前馈控制的方法。

（2）将制氢站划分为若干个独立制氢单元，每个制氢单元包含若干台电解槽（通常为4-8台），不同的制氢单元可独立控制，提高制氢站的调度灵活性。

（3）在制氢站优化调度系统中集成设备监测模块，监测每台电解槽的电压、电流、能耗、产量等数据，通过实时数据得到电解槽和制氢单元的能耗指标，并排序。

（4）在制氢站优化调度系统中建立功率分配策略，根据制氢单元能耗指标的排序，优化制氢站的负荷分配。

根据本发明的一个示例，提供一种用于电解水制氢装置的控制方法，包括如下步骤：

预测可再生能源发电系统的功率；以及

基于可再生能源发电系统的预测功率来控制电解水制氢装置的负荷。

优选地，所述控制方法还包括：

监测电解水制氢装置的多个制氢单元的运行参数；

基于所述多个制氢单元的运行参数来确定每个制氢单元的单位能耗；以及

基于每个制氢单元的单位能耗来分配每个制氢单元的负荷。