[发明专利]一种模块化水电解制氢系统及其控制方法

权利要求书

1.一种模块化水电解制氢系统，包括可再生能源发电系统、能量管理监控系统，所述可再生能源发电系统包括可再生能源发电装置和整流逆变装置，所述能量管理监控系统与可再生能源发电系统通讯连接，其特征在于：还包括电解单元模块组、储能系统，所述电解单元模块组包括若干电解单元模块，所述电解单元模块包括电源系统、电解槽、碱液加热系统，所述碱液加热系统对进入电解槽的碱液进行加热，所述电源系统与电解槽电连接，所述储能系统包括逆变装置和储能电池组，所述每个电解单元模块的电源系统分别与整流逆变装置电连接，所述每个电解单元模块的碱液加热系统与储能系统的逆变装置电连接，所述可再生能源发电系统的整流逆变装置与储能系统的逆变装置电连接，所述能量管理监控系统分别与电解单元模块组、储能系统通讯连接。

2.根据权利要求1所述的模块化水电解制氢系统，其特征在于：所述电解单元模块组还包括碱箱、分离纯化系统、补水系统、冷却系统，所述碱箱盛装碱液，碱液进入碱液加热系统进行加热，所述分离纯化系统连接电解槽，所述冷却系统连接分离纯化系统，所述补水系统连接分离纯化系统。

3.根据权利要求1所述的模块化水电解制氢系统，其特征在于：所述可再生能源发电装置可以采用光伏发电装置、水力发电装置、风力发电装置中的一种或多种组合。

4.根据权利要求1所述的模块化水电解制氢系统，其特征在于：所述碱液加热系统包括加热装置和碱液管道，所述加热装置采用防爆电加热器，所述防爆电加热器与储能系统的逆变装置电连接。

5.一种模块化水电解制氢系统的控制方法，其特征在于：所述方法依次包括如下步骤：

S1、分别获取处于生产状态、待机状态、停机状态电解单元模块的数目，分别记为N_l、N_s、N_i；

S2、根据式(1)计算处于生产状态、待机状态电解单元模块的剩余负荷总和P_total，

其中，f_max为某一电解单元模块电解槽负荷最优区间的上限，f_now为该电解单元模块电解槽当前负荷，P_e为该电解槽的额定功率；

S3、根于天气预报系统，预测可再生能源发电系统下一时间段以及下下时间段的发电量增量ΔP1、ΔP2，其中ΔP1为下一时间段功率与当前时间段功率的差值，ΔP2为下下一时间段功率与当前时间段功率的差值；

S4、当ΔP1＞0，若ΔP1＜P_total，则在下一时间段进行电解单元模块待机→生产状态的切换，切换的电解单元模块数量按照效率最优原则计算；若ΔP1＞P_total，且ΔP2＞P_total，则将处于停机状态的电解单元模块进行预启动，即停机→待机状态切换，切换的电解单元模块数量按照操作最优原则计算；若ΔP1＞P_total，但ΔP2＜P_total，由储能系统吸收下一时间段可再生能源系统发电量的增量ΔP1-P_total，如果储能系统负荷已满，则对可再生能源系统进行降负荷操作；

S5、当ΔP1＜0，若ΔP2＜0，则对处于生产、待机状态的电解单元模块进行停机操作，即进行生产→停机、待机→停机状态切换，切换的电解单元模块数量按照操作最优原则计算，且优先进行待机→停机状态切换；若ΔP2＞0，则对处于生产状态的电解单元模块进行待机切换，切换的单元数量按照效率最优原则计算；

其中，步骤S4和步骤S5所述的效率最优原则是指当计算在生产与待机状态间切换的电解单元模块的数量时，要求切换后处于生产状态的各电解单元模块的工作负荷在最优区间内；所述的操作最优原则是指当计算在待机与停机状态间切换、生产与停机状态间切换的电解单元模块的数量时，要求切换后处于生产、待机状态的各电解单元模块的预计工作负荷在满区间内。