[發(fā)明專利]自適應氫負荷波動的新能源制氫系統(tǒng)協(xié)調控制方法

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• 申請日: 2022-08-29
• 公開（公告）號: CN115313380A
• 公開（公告）日: 2022-11-08
• 發(fā)明（設計）人: 張瀟桐;劉志力;袁鐵江;苗帥;李家玨;戈陽陽;董鶴楠;孫廣宇;馬欣彤;姚紅雨;譚捷;付堯
• 申請（專利權）人: 國網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學研究院;大連理工大學;國家電網(wǎng)有限公司
• 主分類號: H02J3/00
• 分類號: H02J3/00;H02J3/14;H02J3/28;H02J15/00;G06Q10/06;G06F17/11
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 江亞平

1.自適應氫負荷波動的新能源制氫系統(tǒng)協(xié)調控制方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟S1：確定新能源制氫系統(tǒng)結構，建立釩液流電池等效模型、電解槽模型及儲氫罐模型；

步驟S2：通過氫能系統(tǒng)的動態(tài)模型構建差分形式的狀態(tài)方程，建立新能源制氫系統(tǒng)的模型，將方程轉化為矩陣形式，通過狀態(tài)空間表達式直接導出預測模型；

步驟S3：確定氫能系統(tǒng)的控制目標，確定參數(shù)取值和參考軌跡，設定約束條件，構建目標函數(shù)，建立氫能系統(tǒng)運行優(yōu)化的數(shù)學模型；

步驟S4：初始化參考軌跡和系統(tǒng)變量，并基于模型預測控制對目標函數(shù)進行最小化尋優(yōu)，修改輸入擾動變量，提出迭代控制各個電解槽狀態(tài)的新能源制氫系統(tǒng)協(xié)調控制方法；

步驟S5：驗證分析算例，改變輸出變量權重因子、控制變量變化增量權重因子以及參考時域等參數(shù)，分析系統(tǒng)控制性能的變化和系統(tǒng)的魯棒性，得到最佳控制性能的新能源制氫系統(tǒng)協(xié)調控制方法。

2.根據(jù)權利要求1所述的自適應氫負荷波動的新能源制氫系統(tǒng)協(xié)調控制方法，其特征在于，所述步驟S1具體包括：

步驟S11：確定新能源制氫系統(tǒng)結構，所述新能源制氫系統(tǒng)結構包括新能源電源、外接電網(wǎng)、釩液流電池、電解槽、儲氫罐和氫負荷；

步驟S12：建立新能源制氫系統(tǒng)的動態(tài)模型，其中釩液流電池動態(tài)等效模型如公式(1)所示：

其中，S_cell為釩液流電池荷電量，P_cell為釩液流電池放電功率，Q_cell為釩液流電池儲能容量，σ為與釩液流電池荷電量相關的自衰減時間系數(shù)；

建立電解槽模型如公式(2)所示：

其中，為產氫速率，P_elec為電解槽輸入功率，A₁和A₂為線性近似系數(shù)；

建立儲氫罐模型如公式(3)所示：

其中，為儲氫罐壓強變化率，為產氫速率，R為理想氣體常數(shù)，T為理想氣體的熱力學溫度，V為理想氣體的體積。

3.根據(jù)權利要求2所述的自適應氫負荷波動的新能源制氫系統(tǒng)協(xié)調控制方法，其特征在于，所述步驟S2具體包括：

步驟S21：根據(jù)氫能系統(tǒng)的動態(tài)模型，構建差分形式的狀態(tài)方程；

根據(jù)公式(1)，建立釩液流電池SOC的狀態(tài)差分方程，如公式(4)所示：

其中，Δτ為時間步長；

根據(jù)公式(2)～(3)，建立儲氫罐氣壓的狀態(tài)差分方程，如公式(5)所示：

其中，為氫負荷流速，和分別為各電解槽制氫功率和工作狀態(tài)影響的氫氣變化率；

和由泛函表示，如公式(6)～(7)所示：

其中，f_P(P_elec)為關于電解槽制氫功率的函數(shù)，f_d(d_elec)為關于電解槽工作狀態(tài)的函數(shù)，P_elec為各電解槽制氫功率，δ為狄拉克函數(shù)，P_heat為冷備用加熱功率，P_sp為熱備用激活功率；d_elec為各電解槽工作狀態(tài)，d_elec.i∈{l，s，w}分別代表正常運行、冷待機、熱待機；

考慮到系統(tǒng)功率平衡，電網(wǎng)出力功率表達式如公式(8)所示：

P_grid(t)＝P_quit(t-1)+||P_elec(t-1)||₁-P_cell(t-1)-P_renw(t-1) (8)

其中，P_quit為新能源棄電功率，P_renw為新能源出力功率；

步驟S22：將系統(tǒng)變量分為狀態(tài)變量x、輸出變量y、控制變量u和擾動變量p，狀態(tài)變量x表示如公式(9)所示：

其中，S_cell為釩液流電池SOC，p_tank為儲氫罐氣體壓強，P_grid為電網(wǎng)負荷；

對控制變量u和擾動變量p做一系列變換，如公式(10)～(11)所示：

進而得到如下狀態(tài)方程：

系統(tǒng)狀態(tài)變量可直接輸出，因此系統(tǒng)輸出方程如公式(13)所示：

步驟S23：將系統(tǒng)狀態(tài)方程和輸出方程轉化為矩陣形式，如公式(14)所示：

其中，A為系統(tǒng)狀態(tài)系數(shù)矩陣，B為控制系數(shù)矩陣，C為輸出系數(shù)矩陣，D為擾動系數(shù)矩陣，各矩陣具體表示如公式(15)～(18)所示：

步驟S24：由狀態(tài)空間表達式直接導出預測模型，如公式(19)所示：

其中，表示根據(jù)t時刻的可用信息預測得到的t+k時刻的輸出變量取值；u(t+k-1|t)表示t時刻獲取的控制指令；p(t+k-1|t)表示t時刻獲取的擾動信號。