CN113529105A - 一种制氢系统、制氢系统压力调控方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种制氢系统、制氢系统压力调控方法及装置，制氢系统包括可再生能源发电单元、电解槽、氢气子单元、氧气子单元，可再生能源发电单元与电解槽连接；氢气子单元中，氢气侧一级气液分离器的一端与电解槽连接，另一端连接第一氢气支路和第二氢气支路，第一氢气支路与氢气侧二级气液分离器连接，第二氢气支路设置氢气侧第一调节阀件，与大气连接；氢气侧二级气液分离器与脱氧脱水纯化装置连接；氧气子单元中，氧气侧一级气液分离器的一端与电解槽连接，另一端连接第一氧气支路和第二氧气支路，第一氧气支路与氧气侧二级气液分离器连接，第二氧气支路设置氧气侧第一调节阀件，与大气连接。本发明能够使得氢气侧和氧气侧的气压快速平衡。

Description

一种制氢系统、制氢系统压力调控方法及装置
技术领域
本发明涉及电解制氢技术领域，具体涉及一种制氢系统、制氢系统压力调控方法及装置。
背景技术
由可再生能源电力进行电解制取氢气时不会排放碳，因此，由可再生能源电力进行电解制取氢气将成为未来发展的主要趋势。然而可再生能源的强波动性和随机性将给电解制氢系统带来产氢量的突变，从而导致系统内氢氧两侧压力的变化。对于恒压式电解槽，其氢氧两侧压差不宜过大(如不超过0.5bar)，否则会造成膜损坏，影响电解槽性能，甚至带来爆炸危险。现有技术中通过在氢气侧和氧气侧产气终端设置自力式背压阀，通过调节在氢气侧和氧气侧产气终端的自力式背压阀的背压值来保持两侧压力相同。
但在可再生能源场景下，功率变化范围较大，可能会导致产气量与压力陡升陡降，而产气终端的压力调节与电解槽相隔多个缓冲装置，使得电解槽局部压力调节迟缓。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的电解槽局部压力调节迟缓的缺陷，从而提供一种制氢系统、制氢系统压力调控方法及装置。
本发明第一方面提供了一种制氢系统，包括：可再生能源发电单元、电解槽、氢气子单元、氧气子单元，可再生能源发电单元与电解槽连接；电解槽分别与氢气子单元和氧气子单元连接；氢气子单元包括氢气侧一级气液分离器、氢气侧二级气液分离器、脱氧脱水纯化装置、氢气侧第一调节阀件；氢气侧一级气液分离器的一端与电解槽连接，另一端连接第一氢气支路和第二氢气支路，第一氢气支路与氢气侧二级气液分离器的一端连接，第二氢气支路与大气连接，第二氢气支路设置有氢气侧第一调节阀件；氢气侧二级气液分离器的另一端与脱氧脱水纯化装置连接；氧气子单元包括氧气侧一级气液分离器、氧气侧二级气液分离器、氧气侧第一调节阀件；氧气侧一级气液分离器的一端与电解槽连接，另一端连接第一氧气支路和第二氧气支路，第一氧气支路与氧气侧二级气液分离器的一端连接，第二氧气支路与大气连接，第二氧气支路设置有氧气侧第一调节阀件。
可选地，在本发明提供的制氢系统中，氢气子单元还包括氢气侧第二调节阀件，脱氧脱水纯化装置与大气连接的支路上设置有氢气侧第二调节阀件；氧气子单元还包括氧气侧第二调节阀件，氧气侧二级气液分离器与大气连接的支路上设置有氧气侧第二调节阀件。
本发明第二方面提供了一种制氢系统，包括：可再生能源发电单元、电解槽、氢气子单元、氧气子单元、氢气侧第一调节阀件、氧气侧第一调节阀件，可再生能源发电单元与电解槽连接；电解槽分别与氢气子单元和氧气子单元连接；电解槽与氢气子单元之间设置有氢气侧排空管道，氢气侧排空管道与大气连接，氢气侧排空管道上设置有氢气侧第一调节阀件；电解槽与氧气子单元之间设置有氧气侧排空管道，氧气侧排空管道与大气连接，氢气侧排空管道上设置有氧气侧第一调节阀件。
可选地，在本发明提供的制氢系统中，氢气子单元包括氢气侧一级气液分离器、氢气侧二级气液分离器、脱氧脱水纯化装置、氢气侧第二调节阀件；氢气侧一级气液分离器的一端与电解槽连接，另一端与氢气侧二级气液分离器的一端连接；氢气侧二级气液分离器的另一端与脱氧脱水纯化装置的一端；脱氧脱水纯化装置与大气连接的支路上设置有氢气侧第二调节阀件；氧气子单元包括氧气侧一级气液分离器、氧气侧二级气液分离器、氧气侧第二调节阀件；氧气侧一级气液分离器的一端与电解槽连接，另一端与氧气侧二级气液分离器的一端连接；氧气侧二级气液分离器与大气连接的支路上设置有氧气侧第二调节阀件。
本发明第三方面提供了一种制氢系统压力调控方法，应用于如本发明第一方面和第二方面提供的制氢系统，包括：获取氢气侧第一调节阀件压力值和氧气侧第一调节阀件压力值，若氢气侧第一调节阀件压力值和氧气侧第一调节阀件压力值不同，将氢气侧第一调节阀件，和/或，氧气侧第一调节阀件确定为受控对象；根据受控对象的第一压力值矩阵、受控对象单位阶跃响应矩阵、控制电压增量矩阵，预测受控对象的第二压力值矩阵；受控对象单位阶跃响应矩阵是可再生能源能发电单元在单位时间内的电流变化值大于预设阈值时，根据受控对象多个时刻的压力值确定的；确定第二压力值矩阵与局部预设压力值相差最小时对应的控制电压增量矩阵，根据控制电压增量矩阵确定当前时刻的电压增量；向受控对象输出电压增量，利用电压增量控制受控对象中的调节阀件。
可选地，在本发明提供的制氢系统压力调控方法中，通过如下公式预测受控对象的第二压力值矩阵：Pp1＝Pp0+aΔu(k)，其中，Pp1表示第二压力值矩阵，Pp0表示第一压力值矩阵，a表示受控对象单位阶跃响应矩阵，Δu(k)表示控制电压增量矩阵；确定第二压力值矩阵与局部预设压力值相差最小时对应的控制电压增量矩阵的公式为：min[(Pp1-Pr)TQ(Pp1-Pr)]+ΔuTRΔu，其中，Pp1表示第二压力值矩阵，Pr表示局部预设压力值，Q表示误差矩阵，R表示控制系数矩阵，Δu表示控制电压增量矩阵。
可选地，在本发明提供的制氢系统压力调控方法中，所述第一压力值矩阵是所述受控对象在无控制增量时，当前时刻之后的P个时刻的压力值形成的矩阵，所述第二压力值矩阵是所述受控对象在有控制增量时，当前时刻之后的P个时刻的压力值形成的矩阵；利用电压增量控制受控对象中的调节阀件的步骤之后，方法还包括：获取下一时刻受控对象的实测压力值；根据受控对象的实测压力值和第二压力值矩阵中对应时刻下的预测压力值计算预测误差；根据预测误差和校正系数矩阵对第二压力值矩阵进行校正，得到P个时刻的校正压力值矩阵；根据校正压力值矩阵中的第2到第P个元素形成新的第一压力值矩阵；利用新的第一压力值矩阵代替第一压力值矩阵，重复执行根据受控对象的第一压力值矩阵、受控对象单位阶跃响应矩阵、控制电压增量矩阵，预测受控对象的第二压力值矩阵，确定第二压力值矩阵与局部预设压力值相差最小时对应的控制电压增量矩阵，根据控制电压增量矩阵确定当前时刻的电压增量，向受控对象输出电压增量，利用电压增量控制受控对象中的调节阀件的步骤，直到实测压力值与局部预设压力值相等。
可选地，本发明提供的制氢系统压力调控方法还包括，检测可再生能源能发电单元在单位时间内的电流变化值，若电流变化值大于预设阈值时，获取受控对象多个时刻的压力值；根据受控对象多个时刻的压力值更新受控对象单位阶跃响应矩阵。
可选地，在本发明提供的制氢系统压力调控方法中，所述制氢系统还包括氢气侧第二调节阀件和氧气侧第二调节阀件，在获取所述氢气侧第一调节阀件压力值和氧气侧第一调节阀件压力值的步骤之前，制氢系统压力调控方法还包括：获取系统预设压力值，根据所述系统预设压力值控制所述氢气侧第二调节阀件和氧气侧第二调节阀件的开合度。
可选地，在本发明提供的制氢系统压力调控方法中，向所述受控对象输出电压增量，利用所述电压增量控制所述受控对象中的调节阀件的步骤之后，还包括：获取氢气侧第二调节阀件压力值和氧气侧第二调节阀件压力值；若所述氢气侧第二调节阀件压力值和氧气侧第二调节阀件压力值与系统预设压力值不同，则返回根据所述系统预设压力值控制所述氢气侧第二调节阀件和氧气侧第二调节阀件的开合度的步骤，直到所述氢气侧第二调节阀件压力值和氧气侧第二调节阀件压力值与系统预设压力值相同。
本发明第四方面提供了一种制氢系统压力调控装置，应用于如本发明第一方面和第二方面提供的制氢系统，包括：压力值采集模块，用于获取氢气侧第一调节阀件压力值和氧气侧第一调节阀件压力值，若所述氢气侧第一调节阀件压力值和所述氧气侧第一调节阀件压力值不同，将所述氢气侧第一调节阀件压力值，和/或，所述氧气侧第一调节阀件压力值确定为受控对象；压力值预测模块，用于根据受控对象的第一压力值矩阵、受控对象单位阶跃响应矩阵、控制电压增量矩阵，预测受控对象的第二压力值矩阵；所述受控对象单位阶跃响应矩阵是所述可再生能源能发电单元在单位时间内的电流变化值大于预设阈值时，根据所述受控对象多个时刻的压力值确定的；电压增量计算模块，用于确定第二压力值矩阵与局部预设压力值相差最小时对应的控制电压增量矩阵，根据控制电压增量矩阵确定当前时刻的电压增量；调节阀件控制模块，用于向受控对象输出电压增量，利用电压增量控制受控对象中的调节阀件。
本发明第五方面提供了一种计算机设备，包括：至少一个处理器；以及与至少一个处理器通信连接的存储器；其中，存储器存储有可被至少一个处理器执行的指令，指令被至少一个处理器执行，从而执行如本发明第三方面提供的制氢系统压力调控方法。
本发明第六方面提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机指令，计算机指令用于使计算机执行如本发明第三方面提供的制氢系统压力调控方法。
本发明技术方案，具有如下优点：
本发明提供的制氢系统、制氢系统压力调控方法及装置，用于调节制氢系统中氢气侧和氧气侧的氢气侧第一调节阀件和氧气侧第一调节阀件距离电解槽的距离更近，与电解槽之间的缓冲装置较少，当可再生能源发电单元产生波动时，能够快速对氢气侧第一调节阀或氧气侧第一调节阀进行调节，使得氢气侧和氧气侧的气压能够快速平衡，避免了对膜的损伤。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中制氢系统的一个具体示例的原理框图；
图2为本发明实施例中制氢系统的一个具体示例的原理框图；
图3为本发明实施例中制氢系统压力调控方法的一个具体示例的流程图；
图4为本发明实施例中制氢系统压力调控方法的一个具体示例的流程图；
图5为本发明实施例中制氢系统压力调控装置的一个具体示例的原理框图；
图6为本发明实施例中计算机设备的一个具体示例的原理框图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
本发明实施例提供了一种制氢系统，如图1所示，包括：可再生能源发电单元11、电解槽12、氢气子单元13、氧气子单元14，
可再生能源发电单元11与电解槽12连接，为电解槽12提供电能。
在一可选实施例中，可再生能源发电单元11中包括多个可再生能源发电机，可再生能源发电机可以为风力发电机，也可以为光伏发电机等。
在一可选实施例中，可再生能源发电机与AC/DC装置连接，电解槽12与DC/DC装置连接，可再生能源发电机与电解槽12通过AC/DC装置和DC/DC装置连接，其中，AC/DC装置的直流侧与DC/DC装置的直流侧连接。
在如图1所示的实施例中，以制氢系统中包含一个电解槽12为例进行说明，但是在具体实施例中，制氢系统中可以包含多个电解槽12。
在一可选实施例中，在电解槽12进出口处还设置有监测传感器和控制元件，用于监测和控制电解槽12的进出口物流。
电解槽12分别与氢气子单元13和氧气子单元14连接，电解槽12电解得到氢气和氧气后，将氢气和氧气分别输入氢气子单元13和氧气子单元14，氢气子单元13和氧气子单元14分别对氢气和氧气进行过滤后排出。
氢气子单元13包括氢气侧一级气液分离器131、氢气侧二级气液分离器132、脱氧脱水纯化装置133、氢气侧第一调节阀件134，其中，氢气侧一级气液分离器131的一端与电解槽12连接，另一端连接第一氢气支路和第二氢气支路，第一氢气支路与氢气侧二级气液分离器132的一端连接，第二氢气支路与大气连接，第二氢气支路设置有氢气侧第一调节阀件134；氢气侧二级气液分离器132的另一端与脱氧脱水纯化装置133连接。
电解槽12输出的氢气存在液体和氧气残留，因此，先通过氢气侧一级气液分离器131对氢气进行初步气液分离，再通过氢气侧二级气液分离器132对氢气进行进一步气液分离，最后通过脱氧脱水纯化装置133对氢气进行脱水处理、脱氧处理、纯化处理后输出。
氧气子单元14包括氧气侧一级气液分离器141、氧气侧二级气液分离器142、氧气侧第一调节阀件143；氧气侧一级气液分离器141的一端与电解槽12连接，另一端连接第一氧气支路和第二氧气支路，第一氧气支路与氧气侧二级气液分离器142的一端连接，第二氧气支路与大气连接，第二氧气支路设置有氧气侧第一调节阀件143。
电解槽12输出的氧气存在液体残留，因此，先通过氧气侧一级气液分离器141对氧气进行初步气液分离，再通过氧气侧二级气液分离器142对氧气进行进一步气液分离后输出。
在一可选实施例中，氢气侧第一调节阀件134和氧气侧第一调节阀件143可以采用自力式背压阀，也可以采用电动/气动调节阀，但是，由于自力式背压阀需手动调节，无法适应由可再生能源波动性导致的快速调节需求，因而本发明实施例中，氢气侧第一调节阀件134和氧气侧第一调节阀件143优先选择使用电动/气动调节阀，通过控制指令进行调节氢气侧第一调节阀件134和氧气侧第一调节阀件143。
在如图1所示的实施例中可知，电解槽12与氢气侧第一调节阀件134之间仅间隔了一个氢气侧一级气液分离器131，电解槽12与氧气侧第一调节阀件143之间仅间隔了一个氧气侧一级气液分离器141，当可再生能源发电单元11的波动导致氢气侧与氧气侧的压力值突然出现较大的偏差，需要对氢气侧，和/或，氧气侧的压力值进行调节时，通过调节氢气侧第一调节阀件134，和/或，氧气侧第一调节阀件143进行调节可以快速平衡氧气侧与氢气侧的压力，减小了可再生能源单元的波动对电解槽12产生的损伤。
在一可选实施例中，如图1所示，氢气子单元13还包括氢气侧第二调节阀件135，脱氧脱水纯化装置133与大气连接的支路上设置有氢气侧第二调节阀件135；氧气子单元14还包括氧气侧第二调节阀件144，氧气侧二级气液分离器142与大气连接的支路上设置有氧气侧第二调节阀件144。
氢气侧第二调节阀件135和氧气侧第二调节阀件144分别设置在氢气侧和氧气侧产气终端，通过氢气侧第二调节阀件135和氧气侧第二调节阀件144可以在减少制氢后端的加压能耗的基础上提升电解制氢系统的运行压力。
如上述对氢气侧第一调节阀件134和氧气侧第一调节阀件143的记载，氢气侧第二调节阀件135和氧气侧第二调节阀件144也可优先选择使用电动/气动调节阀。
在一可选实施例中，如图1所示，本发明实施例提供的制氢系统还包括水循环子单元15和热回收模块17，水循环子单元15包括换热器151、第一水泵152、第一水箱153。
第一水箱153分别与氢气侧二级气液分离器132、氧气侧一级气液分离器141、和第一水泵152的一端连接；水泵的另一端与换热器151的一端连接；换热器151的另一端与电解槽12连接；换热器151还与热回收模块17连接。
通过氢气侧二级气液分离器132和氧气侧一级气液分离器141分别对氢气和氧气进行气液分离后，得到的液体流入第一水箱153中，第一水箱153中的液体通过第一水泵152输入到换热器151中，换热器151将热能输入到热回收模块17中再利用，将冷却后的液体重新输入电解槽12中。
本发明实施例中通过水循环子单元15将电解过程产生的热能输入热回收模块17，实现了能量的回收利用，将未完全电解的液体再次输入到电解槽12中，提高了液体的产氢率。
在一可选实施例中，如图1所示，本发明实施例提供的制氢系统还包括冷却子单元16，冷却子单元16包括第二水泵162和第二水箱161。第二水箱161与第二水泵162的一端连接；第二水泵162的另一端与换热器151连接。
通过第二水泵162将第二水箱161中的液体输入到换热器151中，利用第二水箱161中的液体实现对氢气侧二级气液分离器132和氧气侧一级气液分离器141流出的液体冷却，用于冷却的液体同样可以输入电解槽12中作为制氢的原材料。
本发明实施例提供的制氢系统，将制氢的原材料作为冷却的材料，无需引入新能量或新物质进行冷却，减小了制氢的能耗及成本。
本发明实施例还提供了另外一种制氢系统，如图2所示，包括：可再生能源发电单元11、电解槽12、氢气子单元13、氧气子单元14、氢气侧第一调节阀件134、氧气侧第一调节阀件143。
可再生能源发电单元11与电解槽12连接。详细内容参见上述实施例中对可再生能源发电单元11的描述。
电解槽12分别与氢气子单元13和氧气子单元14连接。详细内容参见上述实施例中对电解槽12的描述。
电解槽12与氢气子单元13之间设置有氢气侧排空管道，氢气侧排空管道与大气连接，氢气侧排空管道上设置有氢气侧第一调节阀件134。
电解槽12与氧气子单元14之间设置有氧气侧排空管道，氧气侧排空管道与大气连接，氢气侧排空管道上设置有氧气侧第一调节阀件143。
本发明实施提供的制氢系统与图1所示的制氢系统的区别在于，本发明实施例中的氢气侧第一调节阀件134设置在电解槽12和氢气侧一级气液分离器131之间，氧气侧第一调节阀件143设置在电解槽12和氧气侧一级气液分离器141之间，但是，在如图1所示的实施例中，氢气侧第一调节阀件134设置在氢气侧一级气液分离器131和氢气侧二级气液分离器132之间，氧气侧第一调节阀件143设置在氧气侧一级气液分离器141和氧气侧二级气液分离器142之间。
本发明实施例提供的制氢系统中，氢气侧第一调节阀件134与电解槽12之间不存在缓冲装置，氧气侧第一调节阀件143与电解槽12之间也不存在缓冲装置，因此，本发明实施提供的制氢系统中，电解槽12两端产气量变化频率更快，当对氧气侧和氢气的压力值的平衡要求极高时，可以使用本发明实施例提供的制氢系统。
在一可选实施例中，如图2所示，在本发明实施例提供的制氢系统中，
氢气子单元13包括氢气侧一级气液分离器131、氢气侧二级气液分离器132、脱氧脱水纯化装置133、氢气侧第二调节阀件135；氢气侧一级气液分离器131的一端与电解槽12连接，另一端与氢气侧二级气液分离器132的一端连接；氢气侧二级气液分离器132的另一端与脱氧脱水纯化装置133的一端；脱氧脱水纯化装置133与大气连接的支路上设置有氢气侧第二调节阀件135。详细描述参见上述实施例中对氢气侧一级气液分离器131、氢气侧二级气液分离器132、脱氧脱水纯化装置133、氢气侧第二调节阀件135的描述。
氧气子单元14包括氧气侧一级气液分离器141、氧气侧二级气液分离器142、氧气侧第二调节阀件144；氧气侧一级气液分离器141的一端与电解槽12连接，另一端与氧气侧二级气液分离器142的一端连接；氧气侧二级气液分离器142与大气连接的支路上设置有氧气侧第二调节阀件144。详细描述参见上述实施例中对氧气侧一级气液分离器141、氧气侧二级气液分离器142、氧气侧第二调节阀件144的描述。
在一可选实施例中，如图2所示，本发明实施例提供的制氢系统中还包括水循环子单元15，水循环子单元15包括换热器151、第一水泵152、第一水箱153，第一水箱153分别与氢气侧二级气液分离器132、氧气侧一级气液分离器141、和第一水泵152的一端连接；水泵的另一端与换热器151的一端连接；换热器151的另一端与电解槽12连接。详细内容参见上述实施例中对水循环子单元15的描述。
在一可选实施例中，如图2所示，本发明实施例提供的制氢系统中还包括冷却子单元16，冷却子单元16包括第二水泵162和第二水箱161，第二水箱161与第二水泵162的一端连接；第二水泵162的另一端与换热器151连接。详细内容参见上述实施例中对水循环子单元15的描述。
在一可选实施例中，如图2所示，本发明实施例提供的制氢系统中还包括热回收模块17，热回收模块17与换热器151连接。详细内容参见上述实施例中对热回收模块17的描述。
本发明实施例还提供了一种制氢系统压力调控方法，应用于如上述任一实施例中提供的制氢系统，如图3所示，包括：
步骤S21：获取氢气侧第一调节阀件压力值和氧气侧第一调节阀件压力值，若氢气侧第一调节阀件压力值和氧气侧第一调节阀件压力值不同，将氢气侧第一调节阀件134，和/或，氧气侧第一调节阀件143确定为受控对象。
在一可选实施例中，当氢气侧第一调节阀件134设置在氢气侧一级气液分离器131和氢气侧二级气液分离器132之间时，可以将氢气侧一级气液分离器131处的压力值确定为氢气侧第一调节阀件压力值(图1中P3位置)，当氧气侧第一调节阀件143设置在氧气侧一级气液分离器141和氧气侧二级气液分离器142之间时，可以将氧气侧一级气液分离器141的压力值确定为氧气侧第一调节阀件压力值(图1中P1位置)。
在一可选实施例中，当氢气侧第一调节阀件134设置在电解槽12和氢气侧一级气液分离器131之间时，可以将电解槽12输出氢气的管道中的压力值确定为氢气侧第一调节阀件压力值(图2中P3位置)，氧气侧第一调节阀件143设置在电解槽12和在氧气侧一级气液分离器141之间时，可以将电解槽12输出氧气的管道中的压力值确定为氧气侧第一调节阀件压力值(图2中P1位置)。
在一可选实施例中，当氢气侧第一调节阀件压力值和氧气侧第一调节阀件压力值不同时，可以将压力值大的子单元确定为受控对象，对受控对象的压力值进行调节，使得受控对象的压力值与另一子单元的压力值相同。示例性地，当氢气侧第一调节阀件压力值大于氧气侧第一调节阀件压力值时，将氢气侧第一调节阀件134确定为受控对象，将氧气侧第一调节阀件压力值确定为局部预设压力值，对氢气侧第一调节阀件压力值进行调节，使得氢气侧第一调节阀件压力值和氧气侧第一调节阀件压力值相同；当氧气侧第一调节阀件压力值的压力值大于氢气侧第一调节阀件压力值时，将氧气侧第一调节阀件143确定为受控对象，将氢气侧第一调节阀件压力值确定为局部预设压力值，对氧气侧第一调节阀件压力值进行调节，使得氢气侧第一调节阀件压力值和氢气侧第一调节阀件压力值。
在一可选实施例中，当氢气侧第一调节阀件压力值和氧气侧第一调节阀件压力值不同时，还可以同时将氢气侧第一调节阀件134和氧气侧第一调节阀件143都作为受控对象，选择任意值作为系统预设压力值，将系统预设压力值作为局部预设压力值，对氢气侧第一调节阀件134和氧气侧第一调节阀件143进行控制，使得氢气侧第一调节阀件压力值和氧气侧第一调节阀件压力值都等于局部预设压力值。
步骤S22：根据受控对象的第一压力值矩阵、受控对象单位阶跃响应矩阵、控制电压增量矩阵，预测受控对象的第二压力值矩阵，其中，所述受控对象单位阶跃响应矩阵是可再生能源能发电单元在单位时间内的电流变化值大于预设阈值时，根据所述受控对象多个时刻的压力值确定的。
在一可选实施例中，受控对象单位阶跃响应矩阵不是固定不变的，当可再生能源发电单元11的电流变化值大于预设阈值时，获取受控对象多个时刻的压力值，根据受控对象多个时刻的压力值更新受控对象单位阶跃响应矩阵，在更新受控对象单位阶跃响应矩阵后，在下一个采样周期利用新的受控对象单位阶跃响应矩阵预测第二压力值矩阵。
根据可再生能源发电单元11波动时受控对象的压力值形成受控对象单位阶跃响应矩阵，并结合受控对象单位阶跃响应矩阵计算用于控制受控对象的调节阀件的电压增量，计算得到的电压增量能够更好地解决可再生能源发电单元11波动带来的电压变化。
在一可选实施例中，第二压力值矩阵是根据受控对象的第一压力值矩阵、受控对象单位阶跃响应矩阵、控制电压增量矩阵预测得到的，即，第二压力值矩阵是在按照控制电压增量矩阵对受控对象输出控制增量时，得到的压力值矩阵。
步骤S23：确定第二压力值矩阵与局部预设压力值相差最小时对应的控制电压增量矩阵，根据控制电压增量矩阵确定当前时刻的电压增量。
在一可选实施例中，当氢气侧第一调节阀件134为受控对象时，将氧气侧第一调节阀件压力值确定为局部预设压力值；当氧气侧第一调节阀件143为受控对象时，将氢气侧第一调节阀件压力值确定为局部预设压力值；当氢气侧第一调节阀件134和氧气侧第一调节阀件143都为受控对象时，可以选取任意值作为系统预设压力值，将系统预设压力值作为局部预设压力值。
步骤S24：向受控对象输出电压增量，利用电压增量控制受控对象。
在本发明实施例中，当受控对象为氢气侧第一调节阀件134时，利用电压增量控制氢气侧第一调节阀件134，当受控对象为氧气侧第一调节阀件143时，利用电压增量控制氧气侧第一调节阀件143。
本发明实施例提供的制氢系统压力调控方法中，当氢气侧和氧气侧的压力值不同时，对氢气侧和/或氧气侧的压力进行调节，使得氢气侧和氧气侧的压力值平衡，避免对电解槽12中膜的损伤，并且，通过执行本发明实施例调节的是上述任一实施例中提供的制氢系统中的氢气侧第一调节阀件134和/或氧气侧第一调节阀件143进行调节，氢气侧第一调节阀件134和氧气侧第一调节阀件143与电解槽12之间都存在较少的缓冲装置，因此，通过执行本发明实施例能够在可再生能源发电单元11产生波动时，快速平衡氢气侧和氧气侧的压力。
在一可选实施例中，通过如下公式预测受控对象的第二压力值矩阵：
Pp1＝Pp0+aΔu(k)，
其中，Pp1表示第二压力值矩阵，Pp0表示第一压力值矩阵，a表示受控对象单位阶跃响应矩阵，Δu(k)表示控制电压增量矩阵。
在一可选实施例中，确定第二压力值矩阵与局部预设压力值相差最小时对应的控制电压增量矩阵的公式为：
min[(Pp1-Pr)TQ(Pp1-Pr)]+ΔuTRΔu，
其中，Pp1表示第二压力值矩阵，Pr表示局部预设压力值，Q表示误差矩阵，R表示控制系数矩阵，Δu表示控制电压增量矩阵。
在一可选实施例中，误差矩阵中包括时滞部分和其他部分，时滞部分取0，其他部分取1：
Figure BDA0003187515700000181
对于控制系数矩阵，为保证系统稳定，控制系数矩阵中的各项rj可先取0，若Δu的值较大，可以适当增大rj。
在一可选实施例中，第一压力值矩阵是所述受控对象在无控制增量时，当前时刻之后的P个时刻的压力值形成的矩阵，所述第二压力值矩阵是所述受控对象在有控制增量时，当前时刻之后的P个时刻的压力值形成的矩阵，其中，第一压力值矩阵和第二压力值矩阵中P个时刻的压力值是指P个采样时刻的压力值。在执行上述步骤S40之后，还包括如下步骤：
首先，获取下一时刻受控对象的实测压力值P(k+1)。
然后，根据受控对象的实测压力值和第二压力值矩阵中对应时刻下的预测压力值计算预测误差e(k+1)。
其次，根据预测误差和校正系数矩阵对第二压力值矩阵进行校正，得到P个时刻的校正压力值矩阵：Pcor＝Pp1+he(k+1),其中，h为校正系数矩阵。
在一可选实施例中，误差信号e(Z)经滤波器Gf(Z)反馈回到系统输入端，校正参数hi的选择决定与滤波器的形式，若将Gf(Z)设计成一阶函数：
Figure BDA0003187515700000182
则，h1＝1，hi＝α，0<α≤1，根据h1，h2，…，hi构建校正系数矩阵。
最后，根据校正压力值矩阵中的第2到第P个元素形成新的第一压力值矩阵，利用新的第一压力值矩阵代替第一压力值矩阵，重复执行上述步骤S22-步骤S24，直到实测压力值与局部预设压力值相等。
在一可选实施例中，根据校正压力值矩阵中的第2到第P个元素形成新的第一压力值矩阵的步骤，可以是将校正压力值矩阵中的第2到第P个元素作为新的第一压力值矩阵中的第1到第(P-1)个元素，然后根据新的第一压力值矩阵中的第1到第(P-1)个元素预测第P个元素，从而形成新的第一压力值矩阵。
在一可选实施例中，当制氢系统中包含氢气侧第二调节阀件135和氧气侧第二调节阀件144时，如图4所示，本发明实施例提供的制氢系统压力调控方法在执行上述步骤S21前，还包括：
步骤S25：获取系统预设压力值，系统预设压力值可以通过上层指令获取。
在本发明实施例中，当获取到系统预设压力值后，在执行上述步骤S21-步骤S24对氢气侧第一调节阀件134和/或氧气侧第一调节阀件143进行调节时，将系统预设压力值作为局部预设压力值，使得氢气侧第一调节阀件压力值和氧气侧第一调节阀件压力值都与系统预设压力值相同。
步骤S26：根据所述系统预设压力值控制所述氢气侧第二调节阀件135和氧气侧第二调节阀件144的开合度。在一可选实施例中，可以根据系统预设压力值形成电信号，通过电信号调节氢气侧第二调节阀件135和氧气侧第二调节阀件144的开合程度。
如图4所示，在执行上述步骤S25、步骤S26，以及步骤S21-步骤S24后，还包括：
步骤S27：获取氢气侧第二调节阀件压力值和氧气侧第二调节阀件压力值，在一可选实施例中，氢气侧第二调节阀件压力值是脱氧脱水纯化装置133与大气连接的管道中的压力值(图1和图2中P4位置的压力值)，氧气侧第二调节阀件压力值是氧气侧二级气液分离器142与大气连接的管道中的压力值(图1和图2中P2位置的压力值)。
判断氢气侧第二调节阀件压力值和氧气侧第二调节阀件压力值是否等于系统预设压力值，若与系统预设压力值不同，返回上述步骤S26，重复执行上述步骤S26、步骤S21-步骤S24、步骤S27，直到氢气侧第二调节阀件压力值和氧气侧第二调节阀件压力值等于系统预设压力值。
若与系统预设压力值相等，判断系统预设压力值是否发生变化，若未发生变化，则认为制氢系统的压力值达到稳定；
若系统预设压力值发生变化，则返回步骤S25，重复执行上述步骤S25、步骤S26、步骤S21-步骤S24、步骤S27，直到氢气侧第二调节阀件压力值和氧气侧第二调节阀件压力值等于系统预设压力值，且系统预设压力值不再发生变化。
本发明实施例还提供了一种制氢系统压力调控装置，应用于如上述任一实施例中提供的制氢系统，如图5所示，包括：
压力值采集模块31，用于获取氢气子单元13和氧气子单元14的压力值，若氢气子单元13和氧气子单元14的压力值不同，将氢气子单元13，或，氧气子单元14确定为受控对象，详细内容参见上述实施例中对步骤S21的描述。
压力值预测模块32，用于根据受控对象的第一压力值矩阵、受控对象单位阶跃响应矩阵、控制电压增量矩阵，预测受控对象的第二压力值矩阵；第一压力值矩阵是受控对象在无控制增量时，当前时刻之后的P个时刻的压力值形成的矩阵，第二压力值矩阵是受控对象在有控制增量时，当前时刻之后的P个时刻的压力值形成的矩阵，详细内容参见上述实施例中对步骤S22的描述。
电压增量计算模块33，用于确定第二压力值矩阵与局部预设压力值相差最小时对应的控制电压增量矩阵，根据控制电压增量矩阵确定当前时刻的电压增量，详细内容参见上述实施例中对步骤S23的描述。
调节阀件控制模块34，用于向受控对象输出电压增量，利用电压增量控制受控对象，详细内容参见上述实施例中对步骤S24的描述。
本发明实施例提供了一种计算机设备，如图6所示，该计算机设备主要包括一个或多个处理器41以及存储器42，图6中以一个处理器41为例。
该计算机设备还可以包括：输入装置43和输出装置44。
处理器41、存储器42、输入装置43和输出装置44可以通过总线或者其他方式连接，图6中以通过总线连接为例。
处理器41可以为中央处理器(Central Processing Unit，CPU)。处理器41还可以为其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等芯片，或者上述各类芯片的组合。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。存储器42可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储根据制氢系统压力调控装置的使用所创建的数据等。此外，存储器42可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非暂态存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。在一些实施例中，存储器42可选包括相对于处理器41远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至制氢系统压力调控装置。输入装置43可接收用户输入的计算请求(或其他数字或字符信息)，以及产生与制氢系统压力调控装置有关的键信号输入。输出装置44可包括显示屏等显示设备，用以输出计算结果。
本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储计算机指令，计算机存储介质存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令可执行上述任意方法实施例中的制氢系统压力调控方法。其中，存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)、随机存储记忆体(Random Access Memory，RAM)、快闪存储器(Flash Memory)、硬盘(Hard Disk Drive，缩写：HDD)或固态硬盘(Solid-State Drive，SSD)等；存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (13)

1.一种制氢系统，其特征在于，包括：可再生能源发电单元、电解槽、氢气子单元、氧气子单元，
所述可再生能源发电单元与所述电解槽连接；
所述电解槽分别与所述氢气子单元和氧气子单元连接；
所述氢气子单元包括氢气侧一级气液分离器、氢气侧二级气液分离器、脱氧脱水纯化装置、氢气侧第一调节阀件；所述氢气侧一级气液分离器的一端与所述电解槽连接，另一端连接第一氢气支路和第二氢气支路，所述第一氢气支路与所述氢气侧二级气液分离器的一端连接，所述第二氢气支路与大气连接，第二氢气支路设置有所述氢气侧第一调节阀件；所述氢气侧二级气液分离器的另一端与所述脱氧脱水纯化装置连接；
所述氧气子单元包括氧气侧一级气液分离器、氧气侧二级气液分离器、氧气侧第一调节阀件；所述氧气侧一级气液分离器的一端与所述电解槽连接，另一端连接第一氧气支路和第二氧气支路，所述第一氧气支路与所述氧气侧二级气液分离器的一端连接，所述第二氧气支路与大气连接，第二氧气支路设置有所述氧气侧第一调节阀件。
2.根据权利要求1所述的制氢系统，其特征在于，
所述氢气子单元还包括氢气侧第二调节阀件，所述脱氧脱水纯化装置与大气连接的支路上设置有所述氢气侧第二调节阀件；
所述氧气子单元还包括氧气侧第二调节阀件，所述氧气侧二级气液分离器与大气连接的支路上设置有所述氧气侧第二调节阀件。
3.一种制氢系统，其特征在于，包括：可再生能源发电单元、电解槽、氢气子单元、氧气子单元、氢气侧第一调节阀件、氧气侧第一调节阀件，
所述可再生能源发电单元与所述电解槽连接；
所述电解槽分别与所述氢气子单元和氧气子单元连接；
所述电解槽与所述氢气子单元之间设置有氢气侧排空管道，所述氢气侧排空管道与大气连接，所述氢气侧排空管道上设置有所述氢气侧第一调节阀件；
所述电解槽与所述氧气子单元之间设置有氧气侧排空管道，所述氧气侧排空管道与大气连接，所述氢气侧排空管道上设置有所述氧气侧第一调节阀件。
4.根据权利要求3所述的制氢系统，其特征在于，
所述氢气子单元包括氢气侧一级气液分离器、氢气侧二级气液分离器、脱氧脱水纯化装置、氢气侧第二调节阀件；所述氢气侧一级气液分离器的一端与所述电解槽连接，另一端与所述氢气侧二级气液分离器的一端连接；所述氢气侧二级气液分离器的另一端与所述脱氧脱水纯化装置的一端；所述脱氧脱水纯化装置与大气连接的支路上设置有所述氢气侧第二调节阀件；
所述氧气子单元包括氧气侧一级气液分离器、氧气侧二级气液分离器、氧气侧第二调节阀件；所述氧气侧一级气液分离器的一端与所述电解槽连接，另一端与所述氧气侧二级气液分离器的一端连接；所述氧气侧二级气液分离器与大气连接的支路上设置有所述氧气侧第二调节阀件。
5.一种制氢系统压力调控方法，其特征在于，应用于如权利要求1-4中任一项所述的制氢系统，包括：
获取氢气侧第一调节阀件压力值和氧气侧第一调节阀件压力值，若所述氢气侧第一调节阀件压力值和所述氧气侧第一调节阀件压力值不同，将所述氢气侧第一调节阀件，和/或，所述氧气侧第一调节阀件确定为受控对象；
根据所述受控对象的第一压力值矩阵、受控对象单位阶跃响应矩阵、控制电压增量矩阵，预测受控对象的第二压力值矩阵；所述受控对象单位阶跃响应矩阵是所述可再生能源能发电单元在单位时间内的电流变化值大于预设阈值时，根据所述受控对象多个时刻的压力值确定的；
确定所述第二压力值矩阵与局部预设压力值相差最小时对应的控制电压增量矩阵，根据所述控制电压增量矩阵确定当前时刻的电压增量；
向所述受控对象输出电压增量，利用所述电压增量控制所述受控对象。
6.根据权利要求5所述的制氢系统压力调控方法，其特征在于，
通过如下公式预测受控对象的第二压力值矩阵：
Pp1＝Pp0+aΔu(k)，
其中，Pp1表示第二压力值矩阵，Pp0表示第一压力值矩阵，a表示受控对象单位阶跃响应矩阵，Δu(k)表示控制电压增量矩阵；
确定所述第二压力值矩阵与局部预设压力值相差最小时对应的控制电压增量矩阵的公式为：
min[(Pp1-Pr)TQ(Pp1-Pr)]+ΔuTRΔu，
其中，Pp1表示第二压力值矩阵，Pr表示局部预设压力值，Q表示误差矩阵，R表示控制系数矩阵，Δu表示控制电压增量矩阵。
7.根据权利要求5所述的制氢系统压力调控方法，其特征在于，所述第一压力值矩阵是所述受控对象在无控制增量时，当前时刻之后的P个时刻的压力值形成的矩阵，所述第二压力值矩阵是所述受控对象在有控制增量时，当前时刻之后的P个时刻的压力值形成的矩阵；
利用所述电压增量控制所述受控对象中的调节阀件的步骤之后，所述方法还包括：
获取下一时刻所述受控对象的实测压力值；
根据所述受控对象的实测压力值和所述第二压力值矩阵中对应时刻下的预测压力值计算预测误差；
根据所述预测误差和校正系数矩阵对所述第二压力值矩阵进行校正，得到P个时刻的校正压力值矩阵；
根据所述校正压力值矩阵中的第2到第P个元素形成新的第一压力值矩阵；
利用新的第一压力值矩阵代替所述第一压力值矩阵，重复执行根据所述受控对象的第一压力值矩阵、受控对象单位阶跃响应矩阵、控制电压增量矩阵，预测受控对象的第二压力值矩阵，确定所述第二压力值矩阵与局部预设压力值相差最小时对应的控制电压增量矩阵，根据所述控制电压增量矩阵确定当前时刻的电压增量，向所述受控对象输出电压增量，利用所述电压增量控制所述受控对象中的调节阀件的步骤，直到实测压力值与局部预设压力值相等。
8.根据权利要求5所述的制氢系统压力调控方法，其特征在于，还包括：
检测所述可再生能源能发电单元在单位时间内的电流变化值，若电流变化值大于预设阈值时，获取所述受控对象多个时刻的压力值；
根据所述受控对象多个时刻的压力值更新所述受控对象单位阶跃响应矩阵。
9.根据权利要求5所述的制氢系统压力调控方法，其特征在于，所述制氢系统还包括氢气侧第二调节阀件和氧气侧第二调节阀件，
在获取所述氢气侧第一调节阀件压力值和氧气侧第一调节阀件压力值的步骤之前，所述方法还包括：
获取系统预设压力值；
根据所述系统预设压力值控制所述氢气侧第二调节阀件和氧气侧第二调节阀件的开合度。
10.根据权利要求9所述的制氢系统压力调控方法，其特征在于，向所述受控对象输出电压增量，利用所述电压增量控制所述受控对象中的调节阀件的步骤之后，还包括：
获取氢气侧第二调节阀件压力值和氧气侧第二调节阀件压力值；
若所述氢气侧第二调节阀件压力值和氧气侧第二调节阀件压力值与系统预设压力值不同，则返回根据所述系统预设压力值控制所述氢气侧第二调节阀件和氧气侧第二调节阀件的开合度的步骤，直到所述氢气侧第二调节阀件压力值和氧气侧第二调节阀件压力值与系统预设压力值相同。
11.一种制氢系统压力调控装置，其特征在于，应用于如权利要求1-4中任一项所述的制氢系统，包括：
压力值采集模块，用于获取氢气侧第一调节阀件压力值和氧气侧第一调节阀件压力值，若所述氢气侧第一调节阀件压力值和所述氧气侧第一调节阀件压力值不同，将所述氢气侧第一调节阀件压力值，和/或，所述氧气侧第一调节阀件压力值确定为受控对象；
压力值预测模块，用于根据所述受控对象的第一压力值矩阵、受控对象单位阶跃响应矩阵、控制电压增量矩阵，预测受控对象的第二压力值矩阵；所述受控对象单位阶跃响应矩阵是所述可再生能源能发电单元在单位时间内的电流变化值大于预设阈值时，根据所述受控对象多个时刻的压力值确定的；
电压增量计算模块，用于确定所述第二压力值矩阵与局部预设压力值相差最小时对应的控制电压增量矩阵，根据所述控制电压增量矩阵确定当前时刻的电压增量；
调节阀件控制模块，用于向所述受控对象输出电压增量，利用所述电压增量控制所述受控对象。
12.一种计算机设备，其特征在于，包括：
至少一个处理器；以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，从而执行如权利要求5-10中任一项所述的制氢系统压力调控方法。
13.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行如权利要求5-10中任一项所述的制氢系统压力调控方法。
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