CN110474375B - 燃料电池的自组微网系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种燃料电池的自组微网系统，包括控制系统、C捕捉装置和产消储装置；所述控制系统用于：实时控制自组微网系统内各功能模块的相互协调和配合，控制整个自组微网的电力调度和计量、以及与外网的接通、切断连接；所述C捕捉装置用于：收集和捕捉二氧化碳；所述产消储装置用于：利用燃料电池系统产生电能，并利用产生的电能对所述自组微网系统的内部和外部进行供电，同时存储对应的电量；实现了整个自组网络内的碳循环以及零碳排放，实现了自组微网系统的高效、低耗和环保的有益效果。
Description
技术领域
本发明涉及电池技术领域，特别涉及一种燃料电池的自组微网系统。
背景技术
随着科技的不断发展进步和人们生活水平的提高，越来越多的生活、生产设备均需要用到电。相较于传统的发电机组，燃料电池由于是将燃料与氧化剂的化学能通过电化学反应直接转换成电能的发电装置，且燃料电池理论上可在接近100％的热效率下运行，比传统发电机组安静且电化学反应清洁、完全、很少产生有害物质，因此具有很高的经济效益和发展前景。
现有的燃料电池通常都是单独运行，产生相应的电能；或者，多个燃料电池一起组合，产生相应的电能，缺乏组网的系统性。
发明内容
本发明提供一种燃料电池的自组微网系统，旨在提供一种高效、低耗、环保的燃料电池的自组微网技术。
本发明提供了一种燃料电池的自组微网系统，所述燃料电池的自组微网系统包括控制系统、C捕捉装置和产消储装置；其中，所述控制系统分别与所述C捕捉装置和产消储装置电连接；且所述燃料电池的自组微网系统还与市电网连接；
所述控制系统用于：实时控制所述燃料电池的自组微网系统内各功能模块的运行、协调和配合，控制整个自组微网的电力调度和计量、以及与外网的接通、切断连接；
所述C捕捉装置用于：收集和捕捉二氧化碳，并对二氧化碳进行加工处理；
所述产消储装置用于：利用燃料电池系统产生电能，并利用产生的电能对所述自组微网系统的内部和外部进行供电，同时存储对应的电量。
进一步地，所述产消储装置中的燃料电池包括甲醇重整制氢燃料电池。
进一步地，所述C捕捉装置还用于：
捕捉所述产消储装置中的燃料电池在利用甲醇水为燃料产生电能时所排放的二氧化碳；
利用捕捉的二氧化碳，在催化剂的作用下，制备成供所述产消储装置产生电能所需的甲醇。
进一步地，所述C捕捉装置利用捕捉的二氧化碳，在催化剂的作用下制备甲醇，包括：
所述C捕捉装置对空气中的二氧化碳进行捕捉和收集，并将收集到的所述二氧化碳进行气体处理，得到较高纯度的二氧化碳；
利用低谷电或者废弃电，通过电解水生成氢气；
将电解水生成的氢气与处理后得到的较高纯度的二氧化碳进行混合，得到一氧化碳和水蒸气的混合气体；
利用催化剂氧化铬-氧化锌的催化作用，使得一氧化碳和水蒸气的混合气体产生化学反应，制备出甲醇。
进一步地，所述燃料电池的自组微网系统还包括用户端；
所述用户端与所述控制系统刚性连接；所述控制系统同时与所述C捕捉装置刚性连接，且与所述产消储装置柔性连接；
同时，所述燃料电池的自组微网系统与外电网进行柔性连接。
进一步地，所述控制系统用于：
在外电网的用电高峰时段，控制所述产消储装置中的燃料电池进行发电，产生电能，并利用产生的电能对所述自组微网系统的内部进行供电，且产生的电能也供所述用户端使用；并在所述用户端使用所述产消储装置产生的电能的同时，仍有多余电量时，所述控制端控制所述自组微网系统向外电网进行供电；
在外电网的用电低谷时段，所述控制系统判断所述产消储装置是否需要充电；并在所述产消储装置需要充电的情况下，所述控制系统利用外电网为所述产消储装置进行充电。
进一步地，所述控制系统控制所述自组微网系统向外电网进行供电，包括：
所述控制系统对外电网进行供电之前，对外电网的用电端进行身份权限识别和安全验证；
在所述用户端的身份权限识别和安全验证同时满足预设条件时，所述控制系统利用所述产消储装置对外电网进行供电。
进一步地，所述控制系统在控制所述燃料电池的自组微网系统与外电网的接通连接和切断连接的过程中，根据人工触发的控制指令进行人工控制和/或根据所述燃料电池的自组微网系统对应的实际情况进行智能控制，且所述人工控制的优先级高于所述智能控制；
在执行所述智能控制时，所述控制系统包括：学习模块、数据获取模块以及控制结果识别模块；
其中，所述学习模块用于：
控制的前期进行模型学习，且所述学习模块包括历史信息数据库，所述历史信息数据库中存储有P条数据，每条数据均包括：所述燃料电池的自组微网系统对应的单位时间耗电量、外电网单位时间耗电量、所述产消储装置中存储的电量、所述燃料电池系统单位时间内产生的电量、所述产消储装置最大存储电量五个指标的值；同时，记录在每条数据对应的情况下，所述燃料电池的自组微网系统与外电网的连接状态是：接通连接还是切断连接，并进行如下定义：当所述燃料电池的自组微网系统与外电网接通连接时，标注值为1；切断连接时，标注值为0；
利用所述历史信息数据库中的P条数据，构建最小误差模型如下描述的数学表达式(1)：
所述数学表达式(1)中，g(Xi)为将历史信息数据库中第i条数据对应的五个指标的值带入等式右边后得到的表达式，e为自然常数；
为最小误差调节系数，其值需通过计算得出；Xi,1为所述历史信息数据库中第i条数据对应的所述燃料电池的自组微网系统对应的单位时间耗电量，Xi,2为所述历史信息数据库中第i条数据的外电网对应的单位时间耗电量，Xi,3为所述历史信息数据库中第i条数据对应的所述产消储装置中存储的电量，Xi,4为所述历史信息数据库中第i条数据对应的所述燃料电池系统单位时间内产生的电量，Xi,5为所述历史信息数据库中第i条数据对应的所述产消储装置的最大存储电量，lnL(X)为构建的最小误差模型，Yi为所述历史信息数据库中第i条数据对应的所述燃料电池的自组微网系统与外电网连接状态对应的标注值，ln()为以自然常数e为底的对数，且i＝1、2、3……P；
利用数学表达式(2)构建如下方程组，通过求解构建的所述数学表达式(2)对应的方程组计算所述最小误差调节系数
所述数学表达式(2)中，
为g(Xi)对
求偏导，且j分别取值0、1、2、3、4、5；通过g(Xi)分别对
求偏导，得到6个含有
的方程，通过求解所述6个含有
的方程所组成的方程组，得到
的值；
根据所述历史信息数据库，构建对应的控制模型如下描述的数学表达式(3)：
所述数学表达式(3)中，y为控制结果，x1为所述燃料电池的自组微网系统对应的单位时间耗电量，x2为所述外电网对应的单位时间耗电量，x3为所述产消储装置中存储的电量，x4为所述燃料电池系统单位时间内产生的电量，x5为所述产消储装置的最大存储电量；
所述数据获取模块用于：
实时获取所述燃料电池的自组微网系统中的单位时间耗电量、外电网单位时间耗电量、所述产消储装置中存储的电量，所述燃料电池系统单位时间内产生的电量、所述产消储装置最大存储电量五个指标的值，并将上述所有值发送至所述控制结果识别模块；
所述控制结果识别模块用于：
将所述数据获取模块获取的数据代入所述学习模块构建的所述控制模型对应的数学表达式(3)中，得到相应的控制结果y；
当所述y值大于1/2时，智能控制所述燃料电池的自组微网系统与外电网接通连接；
当所述y值小于或者等于1/2时，智能控制所述燃料电池的自组微网系统与外电网切断连接。
进一步地，所述燃料电池的自组微网系统包括：多个产消储装置；
所述控制系统利用多个所述产消储装置存储的电量，进行电力调度，通过所述自组微网系统内电量充足的产消储装置，为同一自组微网系统内电量不足的产消储装置进行充电。
进一步地，所述燃料电池的自组微网系统还用于：
利用所述控制系统对所述多个产消储装置进行统一管理和调度，使得所述多个产消储装置共同组成一个供电站，利用所述供电站，为距离所述供电站预设范围的用户进行供电。
本发明一种燃料电池的自组微网系统可以达到如下有益效果：
所述燃料电池的自组微网系统包括控制系统、C捕捉装置和产消储装置；所述控制系统用于：实时控制自组微网系统内各功能模块的相互协调和配合，控制整个自组微网的电力调度和计量、以及与外网的接通、切断连接；所述C捕捉装置用于：收集和捕捉二氧化碳；所述产消储装置用于：利用燃料电池系统产生电能，并利用产生的电能对所述自组微网系统的内部和外部进行供电，同时存储对应的电量；实现了整个自组网络内的碳循环以及零碳排放，实现了自组微网系统的高效、低耗和环保的有益效果。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所指出的内容来实现和获得。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步描述。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明一种燃料电池的自组微网系统的一种实施方式的功能模块示意图；
图2是本发明一种燃料电池的自组微网系统在一个具体的应用场景中的功能模块示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供一种燃料电池的自组微网系统，旨在提供一种高效、低耗、环保的燃料电池的自组微网技术；通过自组微网技术，燃料电池能够得以更好的利用，充分发挥其最大价值，提高利用效率。
如图1所示，图1是本发明一种燃料电池的自组微网系统的一种实施方式的功能模块示意图；本发明一种燃料电池的自组微网系统包括：控制系统100、C捕捉装置200和产消储装置300；其中，所述控制系统100分别与所述C捕捉装置200和产消储装置300电连接。图1所述实施例中，仅以所述燃料电池的自组微网系统包含一个控制系统100、一个C捕捉装置200和一个产消储装置300为例进行示意，所述燃料电池的自组微网系统中的各部分功能模块，可以根据具体的应用场景配置不同数量的功能模块，本发明实施例对组成所述燃料电池的自组微网系统的功能模块的具体数量不进行限制。
本发明实施例中，所述产消储装置300用于：利用燃料电池系统产生电能，并利用产生的电能对所述自组微网系统的内部和外部进行供电，同时存储对应的电量。所述产消储装置300可以理解为：在整个电力系统中该节点既是电能的产生端、也是电能的用户端，同时还是电能的储存端，即同时具备：能够产生电能，且产生的电能可供除自身以外的其他装置使用；还可以用作电能的用户端，消费自身所产生的电能；也可以储存电能，比如，在用电低谷时把电能储存起来，用电高峰时再把之前储存的电能进行释放。其中，对于所述产消储装置300来讲，储存和释放的不一定是电能，可以是电能转换成其他形式的能源进行储存；释放时，其他形式的能源经过简单的处理、加工、转换等再以电能的形式释放出来。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述产消储装置300中，产生电能的部分主要为燃料电池系统，所述燃料电池系统包括但不限于如下几种类型：
碱性燃料电池、磷酸燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池、固体氧化物燃料电池、质子交换膜燃料电池、直接甲醇燃料电池和甲醇重整制氢燃料电池等。
本发明实施例中，所述控制系统100是自组微网系统中的核心大脑，实时控制自组微网系统内各功能模块的相互协调和配合，控制整个自组微网的电力调度和计量、以及与外网的接通、切断连接等。比如，利用控制系统100实现自组微网系统内部的电力流通、调度、计量、身份识别等功能，实现整个自组微网系统内部的电力循环，同时，与自组微网系统内部的其他功能模块相互配合，实现整个自组微网系统内部的碳的零排放，环保又高效。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述控制系统100包括自组微网系统的总控制系统，还包括各功能模块对应的子一级的控制装置，比如，针对产消储装置300单独配置对应的控制系统，即可通过这两级的控制系统的控制，实现产消储装置300内部的产、消、储之间的相互协调和配合；同时，也可实现自组微网系统内部产消储装置300、C捕捉装置200与对应的用户端甚至是与外电网之间的直接协调和配合。
本发明实施例中，所述C捕捉装置200主要用于：收集和捕捉自组微网系统内的二氧化碳；所述C捕捉装置200可以理解为二氧化碳(CO2)收集捕捉装置。比如，所述C捕捉装置200对空气中的CO2(二氧化碳)进行捕捉、收集，经过一系列的处理后得到高纯度的CO2气体，此时的CO2可以作为化学原料，制备其他的化学产品；或者，把空气中的CO2进行处理，可以制备成碳粉，积累到一定程度后把制备的碳粉清洗处理得到高纯度的碳粉，高纯度的碳粉可以作为工业原料；或者，把空气中的CO2进行捕捉、收集，再把这部分的CO2气体可以输送到蔬菜大棚中，提高蔬菜大棚中CO2气体的含量，以增进蔬菜、水果及幼苗等农作物的产量，即减少了碳排放也增加了农作物的收成提高了经济效益。
针对本发明实施例对应的应用场景，所述产消储装置300优选甲醇重整制氢燃料电池作为产生电能的部分，该甲醇重整制氢燃料电池系统使用甲醇水为燃料，在系统内把甲醇水中的化学能转换为电能。
针对所述产消储装置300使用的甲醇重整制氢燃料电池，所述C捕捉装置200还可以捕捉：所述产消储装置300中的燃料电池在利用甲醇水为燃料产生电能时所排放的二氧化碳。在这种应用场景下，所述C捕捉装置200利用捕捉的二氧化碳，在催化剂的作用下，制备成供所述产消储装置300产生电能所需的甲醇。
在一个实施例中，所述C捕捉装置200利用捕捉的二氧化碳，在催化剂的作用下制备甲醇，可以按照如下技术手段实施：
所述C捕捉装置200对空气中的二氧化碳进行捕捉和收集，并将收集到的所述二氧化碳进行气体处理，得到较高纯度的二氧化碳；利用低谷电或者废弃电，通过电解水生成氢气；将电解水生成的氢气与处理后得到的较高纯度的二氧化碳进行混合，得到一氧化碳和水蒸气的混合气体；利用催化剂氧化铬-氧化锌的催化作用，使得一氧化碳和水蒸气的混合气体产生化学反应，制备出甲醇。
比如，所述C捕捉装置200把空气中的CO2进行捕捉、收集，经过一系列的处理后得到较高纯度的CO2气体，利用低谷电或废弃电通过电解水制氢，把制备的氢气与CO2气体在催化剂的作用下制备成甲醇。在这个反应中首先发生的是CO2+H2→CO+H2O，这部分的混合气体在催化剂氧化铬-氧化锌的作用下在与氢气发生反应制备出甲醇，此时发生如下化学反应：
因此，虽然所述产消储装置300中的甲醇重整制氢燃料电池，主要利用的是甲醇水为燃料，该产消储装置300会有少量的碳排放出来，但是，在整个自组微网系统内部，所述C捕捉装置200进行专门的碳捕捉，因此，这使得整个自组微网系统内部的碳实现了循环利用，达到了碳零排放的效果。
如图2所示，图2是本发明一种燃料电池的自组微网系统在一个具体的应用场景中的功能模块示意图；在图2所述的应用场景中，所述燃料电池的自组微网系统中，包括了控制系统、C捕捉装置和两个产消储装置以及两个用户端；图2所述实施例中，所述用户端与所述控制系统刚性连接；所述控制系统同时与所述C捕捉装置刚性连接，且与所述产消储装置柔性连接；同时，所述燃料电池的自组微网系统与外电网进行柔性连接。
为了实现节能的目的，所述控制系统在外电网的用电高峰时段，控制所述产消储装置中的燃料电池进行发电，产生电能，并利用产生的电能对所述自组微网系统的内部进行供电，且产生的电能也供所述用户端使用；并在所述用户端使用所述产消储装置产生的电能的同时，仍有多余电量时，所述控制端控制所述自组微网系统向外电网进行供电；在外电网的用电低谷时段，所述控制系统判断所述产消储装置是否需要充电；并在所述产消储装置需要充电的情况下，所述控制系统利用外电网为所述产消储装置进行充电。
由于我国针对用电量的不同需求，实施分时段收费，而在用电高峰时段的电费比用电低谷时段的电费便宜，因此，在对应的如下应用场景中：当所述燃料电池的自组微网系统内部的电力消耗不完，或者在用电高峰时段外电网用电量需求较大时，该自组微网系统可以向外网供电，在一定程度上降低外电网的供电压力；当外电网的用电量需求较小，或者当前时段处于用电量的低谷时段时，该自组微网系统的消费端(比如用户端)和储能端(比如所述产消储装置300的储存电量模块)等部分，均可使用外电网的电力进行储能/或消费电力。利用这种供电方式，可以实现降低外电网负荷、实现削峰填谷的有益效果；从经济角度考虑，由于实现了低电价用电、高电价输电，因此，也在一定程度上提高了经济效益。
进一步地，当所述控制系统100控制所述自组微网系统向外电网进行供电时，考虑到用电安全，所述控制系统100对外电网进行供电之前，对外电网的用电端进行身份权限识别和安全验证；在所述用户端的身份权限识别和安全验证同时满足预设条件时，所述控制系统100利用所述产消储装置300对外电网进行供电。
进一步地，在本发明燃料电池的自组微网系统中，所述控制系统100、C捕捉装置200、产消储装置300以及用户端等组成部分，可以根据实际需求和具体的应用场景进行随时自由组网，而且也可以仅实现其中至少任意两个模块之间的自由组网；且针对不同组网模块之间的模块数量，也可以根据实际需求和具体的应用场景进行配置，本发明实施例对其具体的组网方式和组网中使用的各功能模块的具体数量，均不进行限定，实现供电的多元化和分布化。
在本发明的一个实施例中，所述燃料电池的自组微网系统中可以包含多个产消储装置；所述控制系统利用多个所述产消储装置存储的电量，进行电力调度，通过所述自组微网系统内电量充足的产消储装置，为同一自组微网系统内电量不足的产消储装置进行充电。
比如，在一个具体的应用场景中，1号甲醇重整制氢物流车下班时，自身配置的产消储装置内的电量即将消耗完，而该1号甲醇重整制氢物流车晚上3个小时后仍需继续工作，而此时恰好处于外电网的用电高峰时段；这种情况下，所述控制系统可以控制多辆甲醇重整制氢燃料电池物流车进行组网，形成包含多个产消储装置的自组微网系统；在组网后，所述控制系统控制所述自组微网系统中的其他产消储装置包含的燃料电池进行发电，并集中把电力调度到1号甲醇重整制氢物流车上，利用其他车发出的电力为1号甲醇重整制氢物流车集中充电，使得1号甲醇重整制氢物流车在3小时后能够正常工作，并完成该1号甲醇重整制氢物流车所需执行的后续工作。
进一步地，当多个产消储装置被所述控制系统进行集中管理时，可以利用所述控制系统对所述多个产消储装置进行统一管理和调度，使得所述多个产消储装置共同组成一个供电站，利用所述供电站，为距离所述供电站预设范围的用户进行供电。
当产消储装置为集中管理时，比如，多个甲醇重整制氢燃料电池物流车都在物流车站内，且将这些甲醇重整制氢燃料电池物流车统一连接在同一个组网内，此时，在控制系统的控制下，上述多个甲醇重整制氢燃料电池物流车可统一发电，共同组成一个“发电站”，这时的发电站功率足够大，可以作为物流车站附近小区的供电站，减少电力调度时的损耗。同时，当发生紧急情况时，多辆甲醇重整制氢燃料物流车也可以组合在一起，作为一个紧急发电站，为用户或需求方进行紧急供电，保障电力的正常供应和正常使用。
本发明提供的燃料电池的自组微网系统，包括控制系统、C捕捉装置和产消储装置；所述控制系统用于：实时控制自组微网系统内各功能模块的相互协调和配合，控制整个自组微网的电力调度和计量、以及与外网的接通、切断连接；所述C捕捉装置用于：收集和捕捉二氧化碳；所述产消储装置用于：利用燃料电池系统产生电能，并利用产生的电能对所述自组微网系统的内部和外部进行供电，同时存储对应的电量；实现了整个自组网络内的碳循环以及零碳排放，实现了自组微网系统的高效、低耗和环保的有益效果。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述控制系统100在控制所述燃料电池的自组微网系统与外电网的接通连接和切断连接的过程中，既能够根据技术人员所触发的控制指令，执行所述控制指令映射的人工控制操作，也能够根据所述燃料电池的自组微网系统对应的实际情况进行智能控制；且对于该控制系统100来讲，执行人工控制的优先级高于自身执行智能控制的优先级。
所述控制系统100在根据所述燃料电池的自组微网系统的实际情况，执行智能控制时，所述控制系统100包括：学习模块、数据获取模块以及控制结果识别模块；
其中，所述学习模块用于：
控制的前期进行模型学习，且所述学习模块包括历史信息数据库，所述历史信息数据库中存储有P条数据，每条数据均包括：所述燃料电池的自组微网系统对应的单位时间耗电量、外电网单位时间耗电量、所述产消储装置中存储的电量、所述燃料电池系统单位时间内产生的电量、所述产消储装置最大存储电量五个指标的值；同时，记录在每条数据对应的情况下，所述燃料电池的自组微网系统与外电网的连接状态是：接通连接还是切断连接，并进行如下定义：当所述燃料电池的自组微网系统与外电网接通连接时，标注值为1；切断连接时，标注值为0；在本发明实施例中，所描述的单位时间可以理解为：针对具体的应用场景所预设的一段时间，比如1秒钟、1分钟或者10分钟、半个小时等。
利用所述历史信息数据库中的P条数据，构建最小误差模型如下描述的数学表达式(1)：
所述数学表达式(1)中，g(Xi)为将历史信息数据库中第i条数据对应的五个指标的值带入等式右边后得到的表达式，e为自然常数；
为最小误差调节系数，其值需通过计算得出；Xi,1为所述历史信息数据库中第i条数据对应的所述燃料电池的自组微网系统对应的单位时间耗电量，Xi,2为所述历史信息数据库中第i条数据的外电网对应的单位时间耗电量，Xi,3为所述历史信息数据库中第i条数据对应的所述产消储装置中存储的电量，Xi,4为所述历史信息数据库中第i条数据对应的所述燃料电池系统单位时间内产生的电量，Xi,5为所述历史信息数据库中第i条数据对应的所述产消储装置的最大存储电量，lnL(X)为构建的最小误差模型，Yi为所述历史信息数据库中第i条数据对应的所述燃料电池的自组微网系统与外电网连接状态对应的标注值，ln()为以自然常数e为底的对数，且i＝1、2、3……P。
在本发明实施例中，利用数学表达式(1)构建了一个智能判定函数g(Xi)，且在构建的所述智能判定函数g(Xi)中，
为未知数，因此，将所述历史信息数据库中的第i条数据对应的五个指标的值，带入所述智能判定函数g(Xi)后，得到的值为一个含有
的6个未知数的表达式，将这个表达式带入lnL(X)，得到的也是含有
这6个未知数的表达式，且lnL(X)表示的为：所述燃料电池的自组微网系统与外电网的连接状态是接通连接还是切断连接所对应的值，与所述智能判定函数g(Xi)得到的值的一个误差；因此，需要通过调整
这6个未知数，从而使得lnL(X)最小。
然后，利用数学表达式(2)构建如下方程组，通过求解构建的所述数学表达式(2)对应的方程组计算所述最小误差调节系数
所述数学表达式(2)中，
为g(Xi)对
求偏导，且j分别取值0、1、2、3、4、5；通过g(Xi)分别对
求偏导，得到6个含有
的方程，通过求解所述6个含有
的方程所组成的方程组，得到
的值；
利用所述数学表达式(2)，可以得到在lnL(X)最小时所对应的
即，此时实际的每条数据对应的自组微网系统与外电网的接通连接还是切断连接的值、与智能判定函数g(Xi)得到的值之间的误差最小。
最后，所述学习模块根据所述历史信息数据库，构建对应的控制模型如下描述的数学表达式(3)：
所述数学表达式(3)中，y为控制结果，x1为所述燃料电池的自组微网系统对应的单位时间耗电量，x2为所述外电网对应的单位时间耗电量，x3为所述产消储装置中存储的电量，x4为所述燃料电池系统单位时间内产生的电量，x5为所述产消储装置的最大存储电量；
所述数据获取模块用于：
实时获取所述燃料电池的自组微网系统中的单位时间耗电量、外电网单位时间耗电量、所述产消储装置中存储的电量，所述燃料电池系统单位时间内产生的电量、所述产消储装置最大存储电量五个指标的值，并将上述所有值发送至所述控制结果识别模块；
所述控制结果识别模块用于：
将所述数据获取模块获取的数据代入所述学习模块构建的所述控制模型对应的数学表达式(3)中，得到相应的控制结果y；
当所述y值大于1/2时，智能控制所述燃料电池的自组微网系统与外电网接通连接；
当所述y值小于或者等于1/2时，智能控制所述燃料电池的自组微网系统与外电网切断连接。
通过上述技术手段，可以达到智能的控制所述燃料电池的自组微网系统与外电网的接通连接和切断连接；且在智能控制所述燃料电池的自组微网系统与外电网的接通连接、切断连接时，能够实时监控、实时判断，从而提高上述智能控制过程的时效性；另外，在上述控制过程中，基本上所有的计算均是在所述控制系统的学习模块中完成，且通过所述学习模块构建对应的模型后，当所述历史信息数据库没有更新时，无需重复计算，仅在需要时调取所述学习模块构建的对应模型即可，大幅度地减少了计算量；由于上述过程，完全不需要人为的参与，因此，也大幅度降低了人工成本。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (9)
1.一种燃料电池的自组微网系统，其特征在于，所述燃料电池的自组微网系统包括控制系统、C捕捉装置和产消储装置；其中，所述控制系统分别与所述C捕捉装置和产消储装置电连接；且所述燃料电池的自组微网系统还与市电网连接；
所述控制系统用于：实时控制所述燃料电池的自组微网系统内各功能模块的运行、协调和配合，控制整个自组微网的电力调度和计量、以及与外网的接通、切断连接；
所述C捕捉装置用于：收集和捕捉二氧化碳，并对二氧化碳进行加工处理；
所述产消储装置用于：利用燃料电池系统产生电能，并利用产生的电能对所述自组微网系统的内部和外部进行供电，同时存储对应的电量；
所述控制系统在控制所述燃料电池的自组微网系统与外电网的接通连接和切断连接的过程中，根据人工触发的控制指令进行人工控制和/或根据所述燃料电池的自组微网系统对应的实际情况进行智能控制，且所述人工控制的优先级高于所述智能控制；
在执行所述智能控制时，所述控制系统包括：学习模块、数据获取模块以及控制结果识别模块；
其中，所述学习模块用于：
控制的前期进行模型学习，且所述学习模块包括历史信息数据库，所述历史信息数据库中存储有P条数据，每条数据均包括：所述燃料电池的自组微网系统对应的单位时间耗电量、外电网单位时间耗电量、所述产消储装置中存储的电量、所述燃料电池系统单位时间内产生的电量、所述产消储装置最大存储电量五个指标的值；同时，记录在每条数据对应的情况下，所述燃料电池的自组微网系统与外电网的连接状态是：接通连接还是切断连接，并进行如下定义：当所述燃料电池的自组微网系统与外电网接通连接时，标注值为1；切断连接时，标注值为0；
利用所述历史信息数据库中的P条数据，构建最小误差模型如下描述的数学表达式(1)：
所述数学表达式(1)中，g(Xi)为将历史信息数据库中第i条数据对应的五个指标的值带入等式右边后得到的表达式，e为自然常数；
为最小误差调节系数，其值需通过计算得出；Xi,1为所述历史信息数据库中第i条数据对应的所述燃料电池的自组微网系统对应的单位时间耗电量，Xi,2为所述历史信息数据库中第i条数据的外电网对应的单位时间耗电量，Xi,3为所述历史信息数据库中第i条数据对应的所述产消储装置中存储的电量，Xi,4为所述历史信息数据库中第i条数据对应的所述燃料电池系统单位时间内产生的电量，Xi,5为所述历史信息数据库中第i条数据对应的所述产消储装置的最大存储电量，lnL(X)为构建的最小误差模型，Yi为所述历史信息数据库中第i条数据对应的所述燃料电池的自组微网系统与外电网连接状态对应的标注值，ln()为以自然常数e为底的对数，且i＝1、2、3……P；
利用数学表达式(2)构建如下方程组，通过求解构建的所述数学表达式(2)对应的方程组计算所述最小误差调节系数
所述数学表达式(2)中，
为g(Xi)对
求偏导，且j分别取值0、1、2、3、4、5；通过g(Xi)分别对
求偏导，得到6个含有
的方程，通过求解所述6个含有
的方程所组成的方程组，得到
的值；
根据所述历史信息数据库，构建对应的控制模型如下描述的数学表达式(3)：
所述数学表达式(3)中，y为控制结果，x1为所述燃料电池的自组微网系统对应的单位时间耗电量，x2为所述外电网对应的单位时间耗电量，x3为所述产消储装置中存储的电量，x4为所述燃料电池系统单位时间内产生的电量，x5为所述产消储装置的最大存储电量；
所述数据获取模块用于：
实时获取所述燃料电池的自组微网系统中的单位时间耗电量、外电网单位时间耗电量、所述产消储装置中存储的电量，所述燃料电池系统单位时间内产生的电量、所述产消储装置最大存储电量五个指标的值，并将上述所有值发送至所述控制结果识别模块；
所述控制结果识别模块用于：
将所述数据获取模块获取的数据代入所述学习模块构建的所述控制模型对应的数学表达式(3)中，得到相应的控制结果y；
当所述y值大于1/2时，智能控制所述燃料电池的自组微网系统与外电网接通连接；
当所述y值小于或者等于1/2时，智能控制所述燃料电池的自组微网系统与外电网切断连接。
2.如权利要求1所述的燃料电池的自组微网系统，其特征在于，所述产消储装置中的燃料电池包括甲醇重整制氢燃料电池。
3.如权利要求2所述的燃料电池的自组微网系统，其特征在于，所述C捕捉装置还用于：
捕捉所述产消储装置中的燃料电池在利用甲醇水为燃料产生电能时所排放的二氧化碳；
利用捕捉的二氧化碳，在催化剂的作用下，制备成供所述产消储装置产生电能所需的甲醇。
4.如权利要求3所述的燃料电池的自组微网系统，其特征在于，所述C捕捉装置利用捕捉的二氧化碳，在催化剂的作用下制备甲醇，包括：
所述C捕捉装置对空气中的二氧化碳进行捕捉和收集，并将收集到的所述二氧化碳进行气体处理，得到较高纯度的二氧化碳；
利用低谷电或者废弃电，通过电解水生成氢气；
将电解水生成的氢气与处理后得到的较高纯度的二氧化碳进行混合，得到一氧化碳和水蒸气的混合气体；
利用催化剂氧化铬-氧化锌的催化作用，使得一氧化碳和水蒸气的混合气体产生化学反应，制备出甲醇。
5.如权利要求1所述的燃料电池的自组微网系统，其特征在于，所述燃料电池的自组微网系统还包括用户端；
所述用户端与所述控制系统刚性连接；所述控制系统同时与所述C捕捉装置刚性连接，且与所述产消储装置柔性连接；
同时，所述燃料电池的自组微网系统与外电网进行柔性连接。
6.如权利要求5所述的燃料电池的自组微网系统，其特征在于，所述控制系统用于：
在外电网的用电高峰时段，控制所述产消储装置中的燃料电池进行发电，产生电能，并利用产生的电能对所述自组微网系统的内部进行供电，且产生的电能也供所述用户端使用；并在所述用户端使用所述产消储装置产生的电能的同时，仍有多余电量时，所述控制系统控制所述自组微网系统向外电网进行供电；
在外电网的用电低谷时段，所述控制系统判断所述产消储装置是否需要充电；并在所述产消储装置需要充电的情况下，所述控制系统利用外电网为所述产消储装置进行充电。
7.如权利要求6所述的燃料电池的自组微网系统，其特征在于，所述控制系统控制所述自组微网系统向外电网进行供电，包括：
所述控制系统对外电网进行供电之前，对外电网的用电端进行身份权限识别和安全验证；
在所述用户端的身份权限识别和安全验证同时满足预设条件时，所述控制系统利用所述产消储装置对外电网进行供电。
8.如权利要求1或2所述的燃料电池的自组微网系统，其特征在于，所述燃料电池的自组微网系统包括：多个产消储装置；
所述控制系统利用多个所述产消储装置存储的电量，进行电力调度，通过所述自组微网系统内电量充足的产消储装置，为同一自组微网系统内电量不足的产消储装置进行充电。
9.如权利要求8所述的燃料电池的自组微网系统，其特征在于，所述燃料电池的自组微网系统还用于：
利用所述控制系统对所述多个产消储装置进行统一管理和调度，使得所述多个产消储装置共同组成一个供电站，利用所述供电站，为距离所述供电站预设范围的用户进行供电。
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