CN112307643A - 一种太阳能互补制氢控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种太阳能互补制氢控制方法，包括以下步骤：采集光伏发电实时输出功率P_Solar以及读取制氢负载需求功率P_H2；判断负载制氢需求功率P_H2的正负，若P_H2＞0，则：若P_Solar≥(P_H2+P_other)，则由光伏发电直接提供电能，其中，P_other为其他损失功率；否则，P_Solar＜(P_H2+P_other)，则根据不同的选择模式进行市电补充；否则，若P_H2≤0，则停止；本发明根据制氢功率和不同模式的状态，由单片机控制器执行最优的功率优化控制方法，在满足制氢应用的同时可以高效实现光伏输入和/或市电互补的组合，达到能源的高效利用，提高制氢系统稳定性和可靠性。

Description

一种太阳能互补制氢控制方法及系统

技术领域

本发明涉及太阳能利用控制技术领域，具体涉及一种太阳能互补制氢控制方法及系统。

背景技术

近年来，随着太阳能光伏发电技术的发展进步和成本降低，应用范围越来越广。但由于太阳能发电本身存在的环境波动性和间歇性，在一定程度上限制了其应用的范围和降低了供能的可靠稳定。氢能作为一种清洁无污染的新能源，未来应用前景广阔，而氢能利用重要的一环氢气的制备成为关键。电解制氢需要消耗电能，将太阳能和氢能结合，一方面可以解决太阳能电能消纳的问题，另一方面为制氢提供清洁电力供应。然而现有的太阳能制氢如果单独采用光伏单一电能，由于光伏发电的不稳定性会影响制氢的连续性和稳定供应。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术的不足，本发明提供一种太阳能互补制氢控制方法，该方法可以解决现有技术中制氢系统稳定性和可靠性差的问题，本发明还提供一种太阳能互补制氢控制系统。

技术方案：一方面，本发明所述的一种太阳能互补制氢控制方法，包括以下步骤：

(1)采集光伏发电实时输出功率P_Solar以及读取制氢负载需求功率P_H2；

(2)判断负载制氢需求功率P_H2的正负，

若P_H2＞0，则：

若P_Solar≥(P_H2+P_other)，则由光伏发电直接提供电能，其中，P_other为其他损失功率；

否则，P_Solar＜(P_H2+P_other)，则根据不同的选择模式进行市电补充；

否则，若P_H2≤0，则停止。

进一步的，包括：

所述其他损失功率P_other为电路变换能耗损失功率P_loss和设定的阈值功率P_set之和。

进一步的，包括：

所述设定的阈值功率P_set为P_H2的5％～10％。

进一步的，包括：

所述根据不同的选择模式进行市电补充，其中，选择模式包括：

可靠优先模式：允许即时补充市电电能，补充电能的管理功率为：

P_ac＝(P_H2+P_loss+P_set)-P_Solar。

进一步的，包括：

所述不同的选择模式进行市电补充，其中，选择模式还包括：

最低成本模式：判断市电最低电价的电能输入，若在谷电价时间段内，则补充市电电能，在非时间谷电价时间段内，则不输出电能。

进一步的，包括：

所述不同的选择模式进行市电补充，其中，选择模式还包括：

优化能效模式：在该模式下可以对市电互补输入的电能根据不同时间段进行不用功率的输入控制调度，在高峰用电时间段内按照是定的功率P_ac进行输出，兼顾制氢的时间要求，一旦达到谷电价时间段则满功率P_{ac_high}进行互补输出，其中，0＜P_ac＜P_{ac_high}。

另一方面，本发明还提供一种太阳能互补制氢控制系统，包括光伏发电输入模块、市电互补输入模块、控制单元和电解制氢负载，所述控制单元用于采集光伏发电输入模块的实时输出功率P_Solar，以及读取电解制氢负载的需求功率P_H2，并根据实时输出功率P_Solar与需求功率P_H2关系，从而控制市电互补输入模块向所述控制单元输入的管理功率P_ac，具体控制方法包括：

判断负载制氢需求功率P_H2的正负，

若P_H2＞0，则：

若P_Solar≥(P_H2+P_other)，则由光伏发电直接提供电能，其中，P_other为其他损失功率；

否则，P_Solar＜(P_H2+P_other)，则根据不同的选择模式进行市电补充，设定对应的管理功率P_ac；

否则，若P_H2≤0，则停止。

有益效果：本发明根据制氢功率和不同模式的状态，由单片机控制器执行最优的功率优化控制方法，在满足制氢应用的同时可以高效实现光伏输入和/或市电互补的组合，达到能源的高效利用，提高制氢系统稳定性和可靠性。

附图说明

图1为本发明所述的控制方法流程图；

图2为本发明所述的制氢系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，并不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参阅图1所示，本发明提供一种太阳能互补制氢控制方法，包括以下步骤：

步骤1采集光伏发电的实时输出功率P_Solar；

步骤2读取负载制氢的功率需求P_H2，

步骤3对光伏输出功率和负载制氢的功率匹配进行判断，具体为：

若P_H2＞0，则：

若P_Solar≥(P_H2+P_other)，则由光伏发电直接提供电能，其中，P_other为其他损失功率；

否则，P_Solar＜(P_H2+P_other)，则根据不同的选择模式进行市电补充；

否则，若P_H2≤0，则停止。

在本实施例中，其他损失功率P_other为电路变换能耗损失功率P_loss和设定的阈值功率P_set之和。

即：若P_H2＞0，

如果P_Solar≥(P_H2+P_loss+P_set)，则由光伏发电直接提供电能；其中，P_loss为电路变换能耗损失功率，P_set为设定的阈值功率；设定的阈值功率P_set为P_H2的5％～10％。

反之如果P_Solar＜(P_H2+P_loss+P_set)，则进一步读取市电互补输入设定方式P_{ac_set}，当太阳光伏不足时，由市电进行补充，为互补方式，优选的选择模式为：

A)可靠优先模式：允许即时补充市电互补电能，补充电能的管理功率为：

P_ac＝(P_H2+P_loss+P_set)-P_Solar；

B)最低成本模式：此模式下谷电优先使用，判断市电最低电价(谷电价时间段内T_low)互补电能输入，在非时间T_low段内则不输出电能。

C)优化能效模式：在该模式下可以对市电互补输入的电能根据不同时间段进行不用功率的输入控制调度。

若P_H2≤0，则系统进入待机低功耗模式。

步骤4按照上一步的控制算法进行控制输出，设定对应的功率单元工作。

即当若P_H2＞0，且P_Solar≥(P_H2+P_ther)，则依据光伏发电功率和制氢输出功率，设置电路变换能耗损失功率和设定的阈值功率；

当P_H2＞0且P_Solar＜(P_H2+P_other)，则根据选择的模式进行市电补充，通过制氢输出功率、光伏发电输入功率控制市电互补输入功率；

当P_H2≤0控制方法停止运行。

如图2所示，本发明还提供一种太阳能互补制氢控制系统，包括光伏发电输入模块、市电互补输入模块、控制单元和电解制氢负载，控制单元用于采集光伏发电输入模块的实时输出功率P_Solar，以及读取电解制氢负载的需求功率P_H2，并根据实时输出功率P_Solar与需求功率P_H2关系，从而控制市电互补输入模块向所述控制单元输入的管理功率P_ac，控制单元可采用STM8S207RBT6主控制芯片，具体控制方法包括：

判断负载制氢需求功率P_H2的正负，

若P_H2＞0，则：

若P_Solar≥(P_H2+P_other)，则由光伏发电直接提供电能，其中，P_other为其他损失功率；

否则，P_Solar＜(P_H2+P_other)，则根据不同的选择模式进行市电补充，设定对应的管理功率P_ac；

否则，若P_H2≤0，则停止。

在本实施例中，其他损失功率P_other为电路变换能耗损失功率P_loss和设定的阈值功率P_set之和。

即：若P_H2＞0，

如果P_Solar≥(P_H2+P_loss+P_set)，则由光伏发电直接提供电能；其中，P_loss为电路变换能耗损失功率，P_set为设定的阈值功率；设定的阈值功率P_set为P_H2的5％～10％。

反之，如果P_Solar＜(P_H2+P_loss+P_set)，则进一步读取市电互补输入设定方式P_{ac_set}，当太阳光伏不足时，由市电进行补充，为互补方式，优选的选择模式为：

A)可靠优先模式：允许即时补充市电互补电能，补充电能的管理功率为：P_ac＝(P_H2+P_loss+P_set)-P_Solar；

B)最低成本模式：此模式下谷电优先使用，判断市电最低电价(谷电价时间段内T_low)互补电能输入，在非时间T_low段内则不输出电能。

C)优化能效模式：在该模式下可以对市电互补输入的电能根据不同时间段进行不用功率的输入控制调度。

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。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

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。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明实施例的精神和范围。这样，倘若本发明实施例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 (7)

1.一种太阳能互补制氢控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)采集光伏发电实时输出功率P_Solar以及读取制氢负载需求功率P_H2；

(2)判断负载制氢需求功率P_H2的正负，

若P_H2＞0，则：

若P_Solar≥(P_H2+P_other)，则由光伏发电直接提供电能，其中，P_other为其他损失功率；

否则，P_Solar＜(P_H2+P_other)，则根据不同的选择模式进行市电补充；

否则，若P_H2≤0，则停止。

2.根据权利要求1所述的太阳能互补制氢控制方法，其特征在于，所述其他损失功率P_other为电路变换能耗损失功率P_loss和设定的阈值功率P_set之和。

3.根据权利要求2所述的太阳能互补制氢控制方法，其特征在于，所述设定的阈值功率P_set为P_H2的5％～10％。

4.根据权利要求2或3所述的太阳能互补制氢控制方法，其特征在于，所述根据不同的选择模式进行市电补充，其中，选择模式包括：

可靠优先模式：允许即时补充市电电能，补充电能的管理功率为：P_ac＝(P_H2+P_loss+P_set)-P_Solar。

5.根据权利要求2或3所述的太阳能互补制氢控制方法，其特征在于，所述不同的选择模式进行市电补充，其中，选择模式还包括：

最低成本模式：判断市电最低电价的电能输入，若在谷电价时间段内，则补充市电电能，在非时间谷电价时间段内，则不输出电能。

6.根据权利要求2或3所述的太阳能互补制氢控制方法，其特征在于，所述不同的选择模式进行市电补充，其中，选择模式还包括：

优化能效模式：在该模式下可以对市电互补输入的电能根据不同时间段进行不用功率的输入控制调度，在高峰用电时间段内按照是定的功率P_ac进行输出，兼顾制氢的时间要求，一旦达到谷电价时间段则满功率P_{ac_high}进行互补输出，其中，0＜P_ac＜P_{ac_high}。

7.一种太阳能互补制氢控制系统，其特征在于，包括光伏发电输入模块、市电互补输入模块、控制单元和电解制氢负载，所述控制单元用于采集光伏发电输入模块的实时输出功率P_Solar，以及读取电解制氢负载的需求功率P_H2，并根据实时输出功率P_Solar与需求功率P_H2关系，从而控制市电互补输入模块向所述控制单元输入的管理功率P_ac，具体控制方法包括：

判断负载制氢需求功率P_H2的正负，

若P_H2＞0，则：

若P_Solar≥(P_H2+P_other)，则由光伏发电直接提供电能，其中，P_other为其他损失功率；

否则，P_Solar＜(P_H2+P_other)，则根据不同的选择模式进行市电补充，设定对应的管理功率P_ac；

否则，若P_H2≤0，则停止。

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