[发明专利]一种自洽于可再生能源的电解水制氢装置的运行控制方法

说明书

本发明提供一种自洽于可再生能源的电解水制氢装置的运行控制方法，属于氢能技术领域，对可再生能源发电系统的当前输出功率的高频分量分别进行变化率限制和幅值提取，将二者结果叠加，可抵消高频分量中的负值部分，使得高频分量具有单向功率特性，满足电解水制氢装置的使用；同时考虑电解水制氢装置的氢气生产需求，通过将实时采集的当前氢气生产速率引入第二次功率叠加量，实现对电解水制氢装置产氢流量的闭环控制，兼顾功能性和生产性的运行目标。本发明利用电解水制氢装置功率调节范围宽、运行灵活、启停迅速的特性，对可再生能源发电系统的功率进行波动平抑和削峰填谷，提升可再生能源发电功率并网品质。

技术领域

本发明属于氢能技术领域，具体涉及一种自洽于可再生能源的电解水制氢装置的运行控制方法。

背景技术

以风力发电和光伏发电为代表的可再生能源通过电力电子变流器实现能量转换和并网发电，存在动态响应快、惯性小的特点，此外，受风速和光照等自然资源的影响，其输出功率存在随机性、波动性和难以预测性的特点。有别于传统化石能源的可再生能源特性，特别是短时间尺度的随机波动性，给电力系统的安全运行带来了巨大的挑战。

因此，如何解决大规模可再生能源的消纳成为实现双碳目标必须解决的问题。配置大规模储能系统是解决该问题的有效手段，开发新型高效的储能方式不仅可以进一步地提高电力系统的灵活性，也是解决我国能源分布的时间和空间不均衡的最根本手段。氢能具有热值高、储量丰富且适用于大容量、长时间存储的特性，是一种极具发展潜力的储能手段。

可再生能源电解水制氢技术是实现氢储能的重要环节。质子交换膜电解水技术具有功率调节范围宽，运行灵活，启停迅速的优点，特别适用于平抑可再生能源并网功率的波动性。然而，耦合于可再生能源特性的电解水制氢装置存在两大关键运行难题：1、电解水制氢装置只是一个灵活的可控负荷，具有功率的单向性，如何实现波动功率的平抑是关键难点之一；2、电解水制氢装置的运行还存在制氢量的生产需求，如何平衡功能性(波动平抑)和生产性(产氢量)的运行目标是关键难点之二。现有技术未见有针对上述两大问题的解决方案。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明提出了一种自洽于可再生能源的电解水制氢装置的运行控制方法，在满足可再生能源功率波动平抑的同时兼顾制氢量的生产需求。

本发明具体技术方案如下：

一种自洽于可再生能源的电解水制氢装置的运行控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：对可再生能源发电系统的当前输出功率P_gen(k)进行高通滤波，得到高频分量P_ft(k)；所述高通滤波的表达式为：

其中，k代表当前时刻；N代表高通滤波滑动窗口的长度；

S2：限制高频分量P_ft(k)的变化率不超过预设变化率限制参数，得到高频波动功率分量 P_flc(k)；

S3：对高频分量P_ft(k)进行Hilbert(希尔伯特)变换，取绝对值后，进行滑动窗口为M 的有效值计算，得到幅值分量P_peak(k)；

S4：对幅值分量P_peak(k)进行低通滤波，得到第一次叠加量P_add1(k)；所述低通滤波的表达式为：

其中，λ代表低通滤波滑动窗口的长度；