本發(fā)明涉及水電解制氫，尤其涉及一種電解槽制氫系統(tǒng)的電解槽溫度控制方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、現(xiàn)有工業(yè)用的水電解制氫設(shè)備通常采用建模方法將整個系統(tǒng)視為具有溫度的物體，建立一階集總參數(shù)模型描述系統(tǒng)溫度變化，但無法描述電解槽進出口溫度以及各個組件溫度變化。槽溫控制法通常通過設(shè)定電解槽氧側(cè)出口溫度，該調(diào)節(jié)方法具有滯后性，導(dǎo)致槽出口溫度波動較大。若通過設(shè)定槽入口溫度值來控制冷卻水流量的，只適用于恒功率模式下槽溫的自控調(diào)節(jié)，無法適應(yīng)風(fēng)電、光電制氫過程中寬功率波動的工況。

2、因此，如何提高模型預(yù)測的準確度，達到在寬功率波動工況下溫度控制的強魯棒性，已經(jīng)成為一個亟待解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供了一種電解槽制氫系統(tǒng)的電解槽溫度控制方法及系統(tǒng)，以實現(xiàn)對電解槽輸出入端溫度及溫差的精準控制。

2、第一方面，本發(fā)明提供了一種電解槽制氫系統(tǒng)的電解槽溫度控制方法，包括：

3、建立電解槽制氫系統(tǒng)的溫度動態(tài)模型；

4、根據(jù)所述溫度動態(tài)模型獲取電解槽輸出端實時溫度和電解槽輸入端實時溫度；

5、獲取電解槽期望溫度；

6、根據(jù)所述電解槽期望溫度、所述電解槽輸出端實時溫度或所述電解槽輸入端實時溫度確定占空比反饋值；

7、獲取電解槽占空比前饋值；

8、根據(jù)所述占空比反饋值和所述電解槽占空比前饋值確定比例閥占空比，以對所述電解槽溫度進行調(diào)節(jié)。

9、可選的，還包括：

10、獲取電解槽輸入端和輸出端的期望溫差值；

11、根據(jù)所述電解槽輸出端實時溫度、所述電解槽輸入端實時溫度和所述期望溫差值獲取水泵占空比，以對所述電解槽溫度進行調(diào)節(jié)。

12、可選的，獲取電解槽占空比前饋值，包括：

13、獲取實時電流密度；

14、獲取所述電解槽在第一預(yù)設(shè)電流密度下的第一占空比穩(wěn)態(tài)值；

15、獲取所述電解槽在第二預(yù)設(shè)電流密度下的第二占空比穩(wěn)態(tài)值；

16、根據(jù)所述第一預(yù)設(shè)電流密度、所述第二預(yù)設(shè)電流密度、所述第一占空比穩(wěn)態(tài)值、所述第二占空比穩(wěn)態(tài)值和所述實時電流密度獲取電解槽占空比前饋值。

17、可選的，建立電解槽制氫系統(tǒng)的溫度動態(tài)模型包括：

18、建立電解槽溫度動態(tài)模型、氣水分離器溫度動態(tài)模型、循環(huán)水箱溫度動態(tài)模型、水泵溫度動態(tài)模型和換熱器溫度動態(tài)模型。

19、可選的，所述電解槽溫度動態(tài)模型為：

20、

21、wstack＝(ucell-vth)jacellncell；

22、

23、

24、wenv＝(tstack,out-tstack,in)/rstack；

25、其中，cstack為電解槽熱容；wstack為電解槽產(chǎn)熱量；qly為水質(zhì)量流量；cly為水比熱容；tenv為環(huán)境溫度；rstack為電解槽與環(huán)境的等效熱阻；tstack,out為電解槽輸出端溫度；tstack,in為電解槽輸入端溫度；為水蒸氣散熱量；wgas為氣體散熱量；wenv為電解槽與環(huán)境的換熱量；ucell為電解槽實際工作電壓；vth為理論分解電壓；j為電流密度；acell為單電池有效面積；ncell為電解槽的電池數(shù)量；mi為氣體組分質(zhì)量流量；為氣體組分定壓比熱容；tstack為電解槽溫度；為水的摩爾質(zhì)量；為氫氣側(cè)水蒸氣摩爾流量；為氧氣側(cè)水蒸氣摩爾流量；δhvap為單位質(zhì)量水從液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)所需吸收的熱量。

26、可選的，所述氣水分離器溫度動態(tài)模型為：

27、

28、wsep,env＝(tsep,out-tenv)/rstack；

29、其中，csep為氣水分離器的熱容；qsep為電解液流量；cly為水比熱容；tstack,out為電解槽輸出端溫度；tstack,in為電解槽輸入端溫度；wsep,env為氣水分離器向環(huán)境的熱損失量；tsep,out為氣水分離器輸出端溫度；tenv為環(huán)境溫度；rstack為電解槽與環(huán)境的等效熱阻。

30、可選的，所述循環(huán)水箱溫度動態(tài)模型為：

31、

32、

33、ww,env＝(tstack,out-tenv)/rw；

34、其中，cw為循環(huán)水箱熱容；qly為水質(zhì)量流量；cly為水比熱容；qsep為電解液流量；tstack,out為電解槽輸出端溫度；tw為循環(huán)水箱溫度；tsep,out為氣水分離器輸出端溫度；為補水散熱量；ww,env為循環(huán)水箱向環(huán)境的熱損失量；為水的摩爾質(zhì)量；tstack為電解槽溫度；tsup為補水溫度；為水的熱容；為水的摩爾流量；rw為水箱與環(huán)境的等效熱阻；tenv為環(huán)境溫度。

35、可選的，所述水泵溫度動態(tài)模型為：

36、

37、其中，cpump為水泵熱容；qly為水質(zhì)量流量；cly為水比熱容；η為水泵效率；tpump,out為水泵輸出端溫度；wpump,env為水泵向環(huán)境的熱損失量；tw為循環(huán)水箱溫度；wpump為水泵功率；tenv為環(huán)境溫度；rpump為水泵與環(huán)境的等效熱阻。

38、可選的，所述換熱器溫度動態(tài)模型為：

39、

40、其中，tpump,out為水泵輸出端溫度；tstack,in為電解槽輸入端溫度；qly為水質(zhì)量流量；cly為水比熱容；cc,in為換熱器輸入端熱容；δtlmtd為對數(shù)平均溫差；k為換熱系數(shù)；a為換熱面積；cc,out為換熱器輸出端熱容；tc,out為換熱器輸出端溫度；tc,in為換熱器輸入端溫度。

41、第二方面，本發(fā)明提供了一種電解槽制氫系統(tǒng)的電解槽溫度控制系統(tǒng)，由該電解槽制氫系統(tǒng)的電解槽溫度控制系統(tǒng)來執(zhí)行包括第一方面中任一項所述的電解槽制氫系統(tǒng)的電解槽溫度控制方法,所述電解槽制氫系統(tǒng)的電解槽溫度控制裝置包括：

42、電解槽制氫系統(tǒng)的溫度動態(tài)模型建立模塊，用于建立電解槽制氫系統(tǒng)的溫度動態(tài)模型；

43、電解槽輸出端實時溫度和電解槽輸入端實時溫度獲取模塊，用于根據(jù)所述溫度動態(tài)模型獲取電解槽輸出端實時溫度和電解槽輸入端實時溫度；

44、電解槽期望溫度獲取模塊，用于獲取電解槽期望溫度；

45、占空比反饋值確定模塊，用于根據(jù)所述電解槽期望溫度、所述電解槽輸出端實時溫度或所述電解槽輸入端實時溫度確定占空比反饋值；

46、電解槽占空比前饋值獲取模塊，用于獲取電解槽占空比前饋值；

47、比例閥占空比確定模塊，用于根據(jù)所述占空比反饋值和所述電解槽占空比前饋值確定比例閥占空比，以對所述電解槽溫度進行調(diào)節(jié)。

48、本發(fā)明實施例的技術(shù)方案，通過提供一種電解槽制氫系統(tǒng)的電解槽溫度控制方法及系統(tǒng)。電解槽制氫系統(tǒng)的電解槽溫度控制方法包括：建立電解槽制氫系統(tǒng)的溫度動態(tài)模型；根據(jù)溫度動態(tài)模型獲取電解槽輸出端實時溫度和電解槽輸入端實時溫度；獲取電解槽期望溫度；根據(jù)電解槽期望溫度、電解槽輸出端實時溫度或電解槽輸入端實時溫度確定占空比反饋值；獲取電解槽占空比前饋值；根據(jù)占空比反饋值和電解槽占空比前饋值確定比例閥占空比，以對電解槽溫度進行調(diào)節(jié)。建立電解槽制氫系統(tǒng)的溫度動態(tài)模型，實現(xiàn)對系統(tǒng)中各部件的溫度動態(tài)變化聯(lián)系在一起，實現(xiàn)對電解槽輸出入端溫度及溫差的精準控制，確保電解水氫氣系統(tǒng)的高效運行。

49、應(yīng)當(dāng)理解，本部分所描述的內(nèi)容并非旨在標識本發(fā)明的實施例的關(guān)鍵或重要特征，也不用于限制本發(fā)明的范圍。本發(fā)明的其它特征將通過以下的說明書而變得容易理解。