[發(fā)明專利]基于溫升與能耗控制的加氫站氫氣優(yōu)化加注方法及其系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010190460.7
• 申請日: 2010-06-03
• 公開（公告）號: CN101832467A
• 公開（公告）日: 2010-09-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊健;鄭津洋;趙磊;唐萍;徐平;葉建軍
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號: F17C5/04
• 分類號: F17C5/04;F17C13/02;F17C13/04
• 代理公司: 杭州中成專利事務(wù)所有限公司 33212
• 代理人: 金祺

1.一種基于溫升與能耗控制的加氫站氫氣優(yōu)化加注系統(tǒng)，包括補氣系統(tǒng)、加注系統(tǒng)和控制系統(tǒng)；所述補氣系統(tǒng)包括高壓級儲氫罐、中壓級儲氫罐和低壓級儲氫罐，壓縮機組通過管路分三路經(jīng)由電磁閥連接至三級儲氫罐；其特征在于，所述的三級儲氫罐通過管路分三路經(jīng)由三個電磁閥后再并為一路，然后依次連接至加注系統(tǒng)的冷卻裝置、過濾器、出口電磁閥、針閥、拉脫閥、加氫軟管和加氫槍；所述控制系統(tǒng)包括一個可編程控制器，分別通過信號線連接至前述各電磁閥、三級儲氫罐上的壓力傳感器、測量環(huán)境溫度的溫度傳感器、冷卻裝置、車載儲氫容器與加氫站之間的通訊接口。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加注系統(tǒng)，其特征在于，所述冷卻裝置與加氫軟管之間的管路上，還設(shè)有質(zhì)量流量計，可編程控制器通過信號線經(jīng)流量變送器連接至質(zhì)量流量計。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加注系統(tǒng)，其特征在于，所述可編程控制器還通過信號線連接至顯示屏。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加注系統(tǒng)，其特征在于，所述可編程控制器還通過信號線連接至上位工控機。

5.一種基于權(quán)利要求1至4任意一項中所述加注系統(tǒng)的基于溫升與能耗控制的加氫站氫氣優(yōu)化加注方法，是以溫升控制為約束條件，以加注時間為優(yōu)化目標(biāo)，具體包括下述步驟：

(1)建立內(nèi)置于可編程控制器中的數(shù)據(jù)庫，用于記錄相應(yīng)加注初始條件及針閥開度值對應(yīng)關(guān)系；所述加注初始條件為：車載儲氫容器的初始溫度與壓力、環(huán)境溫度、三級儲氫罐的實際壓力，優(yōu)化選擇從不同壓力級別儲氫罐取氣所需針閥開度，使車載儲氫容器的溫度控制在容器材質(zhì)允許范圍內(nèi)，且加注用時最短；

所述優(yōu)化選擇的方法為：

(a)采用高壓氫氣快充溫升數(shù)值模型，對加注前車載儲氫容器的初始溫度、環(huán)境溫度、以及車載儲氫容器入口溫度分別設(shè)置；通過快充溫升實驗得到的數(shù)據(jù)對快充溫升數(shù)值模型進行驗證，并跟據(jù)實驗數(shù)據(jù)調(diào)整相關(guān)參數(shù)；

(b)使用快充溫升數(shù)值模型對不同加注條件下的加注過程進行計算，并擬合出如下溫升計算公式：

Trise=β(a·bVmass+c·T1+d·Tam+e·Tin-f·P1)]]>

式中a、c、b、d、e、f為根據(jù)快充溫升數(shù)值模型的計算結(jié)果擬合得出的擬合系數(shù)；V_mass為多級加注過程中氫氣的平均質(zhì)量流量，T₁為車載儲氫容器初始溫度，T_am為環(huán)境溫度，T_in為車載儲氫容器入口處的氫氣平均溫度，P₁為車載儲氫容器加注前的初始壓力；β為多級加注時所引入的安全系數(shù)，根據(jù)取氣氣源的切換以及車載儲氫容器入口溫度變化對溫升結(jié)果的影響來確定；

(c)采用以下公式對加注過程中的質(zhì)量流量進行計算：

qs=S02γ0γ0-1p0(v0-αR)[1-(pp0)γ0-1γ0]-2αR(p-p0)(v0-αR)(pp0)-1γ0+αR]]>

q＝C_dq_s

上式中，q_s為等熵條件下的質(zhì)量流量，S₀為加氫軟管的流通面積，p₀為加氫站固定儲氫罐的壓力，v₀為加氫站固定儲氫罐的比體積，γ₀＝1.4，α＝1.9155×10^-6K/Pa，R為氣體常數(shù)，R＝4124.3J/(kg.K)，q為實際質(zhì)量流量；C_d為流量系數(shù)，與加氫站固定儲氫罐的壓力以及車載儲氫容器與加氫站固定儲氫罐之間的壓力比有關(guān)，可通過在加氫站試運行過程中記錄每次加注過程的流量曲線、車載儲氫容器壓力變化曲線及加氫站固定儲氫罐的壓力，然后對記錄的數(shù)據(jù)進行擬合得到C_d的計算公式；

(d)將(c)中所述質(zhì)量流量計算公式代入一維快充溫升模型中，針對不同加注初始條件下的加注過程，計算平均質(zhì)量流量及加注用時；將結(jié)果分別用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練，得到可快速計算加注過程平均質(zhì)量流量的BP網(wǎng)絡(luò)net_Vmass及計算加注用時的BP網(wǎng)絡(luò)net_time；

(e)采用以下優(yōu)化模型對多級加注過程進行優(yōu)化

Min?y(ζ_I，ζ_II，ζ_III)；

s.t.TL<Tfinal<TUTin>-40t≤td]]>，其中

式中ζ_I、ζ_II、ζ_III分別表示從低壓級、中壓級和高壓級儲氫罐取氣時的針閥開度，T_L表示規(guī)定的溫度下限，用于防止過度充裝；T_U為規(guī)定的溫度上限，用于保證儲氫容器中實際充裝的氫氣質(zhì)量；入口溫度T_in應(yīng)小于-40℃，T_final為加注結(jié)束時車載儲氫容器內(nèi)的溫度，t_d為規(guī)定的加注用時上限；y為優(yōu)化模型的適應(yīng)度函數(shù)，t為加注用時，λ為懲罰因子；如果優(yōu)化后t＞t_d，則執(zhí)行T_in＝T_in-ΔT，直至t≤t_d；最后將優(yōu)化后的T_in、ζ_I、ζ_II和ζ_III對應(yīng)其加注初始條件保存至可編程控制器中的數(shù)據(jù)庫；

(2)可編程控制器根據(jù)加注的初始條件，查詢得到從不同壓力級別儲氫罐取氣時的針閥開度值；

(3)根據(jù)可編程控制器查詢到的數(shù)據(jù)，將針閥設(shè)置為相應(yīng)標(biāo)定位置，進行加注操作。