CN113818045B - 波动性电解制氢系统、配置方法及运行控制方法 - Google Patents

波动性电解制氢系统、配置方法及运行控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出了波动性电解制氢系统、配置方法及运行控制方法，实现电解槽容量对波动性能源的适应，并对电解槽辅助系统进行相应的优化设计，在电解槽固有操作弹性的基础上发挥多模块匹配的灵活性，实现快速响应、提高装置运行安全性、提高整体运行性能。

Description

波动性电解制氢系统、配置方法及运行控制方法
技术领域
本发明涉及可再生能源及氢能领域，具体而言，涉及一种波动性电解制氢系统、配置方法及运行控制方法。
背景技术
随着风电、光伏等可再生能源在我国能源供应比例中的日益提升，可再生能源的波动性对电网的冲击成为一个亟待解决的问题。利用可再生能源电解水制取绿色氢气，并将氢气储存起来的路线是实现大规模可再生能源储存、缓解电网压力的有效手段。
实现电解水制氢过程的基础设备是电解槽，目前主要有两种商用电解槽：碱性电解槽和质子交换膜(PEM)电解槽。过去，这两种电解槽都是基于氢气生产的目的而研发的，在能源领域，尤其是匹配波动性可再生能源的场景下，电解槽的适应性和运行控制模式尚需深入研究。一般认为，碱性电解槽的功率可调范围能够达到50-100％，PEM电解槽则可达到10-100％，然而，行业内对电解槽对可再生能源变化的响应速度、在低负荷下的安全性、长期波动运行对寿命的影响等还缺乏统一认识，对如何利用电解槽开展波动制氢，以实现可再生能源的匹配和消纳还缺少实际经验。
除了电解槽的本征灵活性外，电解槽的辅助系统也是影响电解制氢灵活性的重要因素，包括配电、冷却水循环等。目前的电解槽设计制造商往往因袭传统的小规模、稳定功率的应用思路，在电解制氢辅助系统配置和灵活性控制方面少有考虑。另外，未来随着可再生能源的发展，在可再生能源消纳或储存方面的波动性大规模制氢应用场景将会逐渐普及，这会涉及到多个电解槽模块的配置和优化，而目前的电解槽应用限于规模，很少考虑多模块配置问题，如何在电解槽多模块配置中充分发挥灵活性，优化设计电解槽辅助系统，提高能量利用效率和电解槽使用性能，是实现波动性电解制氢与可再生能源匹配的关键问题。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一，通过提出一种波动性电解制氢系统、配置方法及运行控制方法，实现电解槽容量对波动性能源的适应，并对电解槽辅助系统进行相应的优化设计，在电解槽固有操作弹性的基础上发挥多模块匹配的灵活性，实现快速响应、提高装置运行安全性、提高整体运行性能。
有鉴于此，根据本发明的第一个目的提出了波动性电解制氢系统的配置方法，至少包括电解槽的配置，电解槽配置步骤如下：
a根据波动性电力的功率负荷特性曲线选定电解槽功率容量序列
[P1,P2,…,Pn]；
b对电解槽的任一功率容量Pi(i∈[1,2,…,n])，选定单台电解槽功率容量pi，满足基础功率容量Pi的电解槽配置台数为：ni＝[Pi/pi]，[]表示最大整数值。
优选的，波动性电解制氢系统的配置方法还包括辅助系统的配置，辅助系统的配置方法为：对电解槽的任一功率容量Pi(i∈[1,2,…,n])，其所对应的ni台电解槽配置统一的辅助系统，包括附属框架、整流变压器、冷却水系统、碱液循环系统等。
其中，本发明中的电解槽可以是任意商用和实用化初期的电解槽，如碱性电解槽，PEM电解槽，固体氧化物电解槽，阴离子交换膜电解槽。
本发明中的波动性电解制氢是以输出功率具有波动性的电力为电解用电来源的电解制氢。波动性电力可以是风电、光伏、生物质发电或有调峰需求的火电、核电、水电或其他波动性电力。
前述波动性电解制氢系统的配置方法，波动性电力的功率负荷为波动性电力需通过电解制氢进行消纳的部分，即波动性电力的直接功率出力、波动性电力扣除电网调度需求后的余电或火电、气电扣除调峰出力需求后的余电。
前述波动性电解制氢系统的配置方法，波动性电力的功率负荷特性曲线以波动性电力的功率负荷为横轴，以功率负荷出现的时间概率为纵轴，为波动性电力的历史运行曲线或计算所得功率预测曲线。
其中本发明中计算所得功率预测曲线为根据理论或经验公式进行计算得出的功率预测曲线。
前述波动性电解制氢系统的配置方法，电解槽功率容量序列的构建方法为：在波动性电源功率负荷曲线上沿功率从大到小方向依次取点0，1，2，…，n；其中点0为功率最小值，点n为功率最大值，各点与前一点所对应功率的差值即为电解槽的功率容量序列。
前述波动性电解制氢系统的配置方法，在波动性电源功率负荷曲线上沿功率从大到小方向依次取点的方法为：
a确定功率最大值点n的位置：分别由曲线两端点和曲线上任一点分别向x轴作垂线l01，l02，lj；曲线、l01、x轴、lj围成的面积为Sj；曲线、l01、x轴、l02围成的面积为S0；
Sj＝a*S0；其中，a为功率负荷消纳系数，lj对应曲线的点即为功率最大值点n；
b确定其他点位置：分别由功率最大值点n、功率最小值点0、曲线上任一点分向x轴作垂线ln、l0、lj；曲线、l0、x轴、lj围成的面积为Sj；曲线、l0、x轴、ln围成的面积为Sn；其中Sj＝j/n*Sn。
前述波动性电解制氢系统的配置方法，在波动性电源功率负荷曲线上沿功率从大到小方向依次取点的方法为，步骤b替换为：分别由功率最大值点n、功率最小值点0、曲线上任一点分向x轴作垂线ln、l0、lj；l0、lj与x轴交点之间的长度为aj；将l0、ln与x轴交点之间的长度为an；其中aj＝j/n*an。
前述波动性电解制氢系统的配置方法，功率负荷消纳系数a根据实际需要由用户设定，取值范围为a∈(0，1)。
前述波动性电解制氢系统的配置方法，在满足功率负荷消纳系数a的约束前提下，Pi(i∈[1,2,…,n])和ni(i∈[1,2,…,n])的选择遵循经济性最优原则。
根据本发明的第二个目的提出了一种波动性电解制氢系统，根据前述波动性电解制氢系统的配置方法遵循经济性最优原则配置的波动性电解制氢系统，还包括辅助系统，配合电解槽至少完成电解过程中的变配电、原料输送、热量交换功能；辅助系统包括附属框架、整流变压器、冷却水系统、碱液循环系统。
根据本发明的第三个目的提出了波动性电解制氢系统的运行控制方法，步骤如下：
(1)按照功率从小到大的顺序，将对应P1,P2,…，Pn的各n1,n2,…，nn台电解制氢设备编号为{1,2,…,n1}{1,2,…,n2}…{1,2,…,nn}；
(2)控制系统接收波动性电力输入信号P，并识别出
Figure GDA0004052043260000041
Figure GDA0004052043260000042
中与P最接近的功率和：
Figure GDA0004052043260000043
(3)按照功率从小到大的顺序，启动对应P1,P2,…，Pj的各n1,n2,…，nj台电解制氢设备；
(4)计算剩余功率
Figure GDA0004052043260000044
调节对应Pj+1的电解制氢设备组。
本发明中，步骤(4)的具体方法为：计算对应Pj+1的电解制氢设备组中所需启动的设备台数最小值m，其中m＝[PR/pj+1]-1([]表示取较大的整数值)；计算剩余功率Pr＝PR-m*pj+1；提取对应Pj+1的电解制氢设备组的允许功率负荷系数变动范围[a,b]；计算k＝Pr/pj+1，与a，b进行比较；
若k≤a且k+1≤b：
按照本组编号顺序启动前m-1台设备至额定功率pj+1；启动第m台设备，功率为(k+1)pj+1；
若k≤a且k+1>b：
定义w为正整数，w∈[1,m]；
计算使(k+1)/w≤b的最小的w，记为wmin；
若(k+1)/wmin≥a：
按照本组编号顺序启动前m-wmin台设备至额定功率pj+1；按照本组编号顺序启动第m-wmin+1，到第m台设备，功率为(k+1)/wmin*pj+1；
若(k+1)/wmin<a：
按照本组编号顺序启动前m台设备至额定功率pj+1；利用系统备用的储能设备吸收剩余功率Pr；
若k>a：按照本组编号顺序启动前m台设备至额定功率pj+1；启动第m+1台设备，功率为kpj+1。
其中编号较大的电解制氢设备将优先作为波动运行的设备，为使设备的运行状态更加均衡，针对对应P1,P2,…，Pn的各n1,n2,…，nn台电解制氢设备定义编号变更时间t1,t2,…，tn；当达到以上事件后，设备编号按如下规律变更：对于对应Pj的编号为{1,2,…,nj}的nj台设备，在一次编号设定完毕后，当tj时间达到后，系统自动变更编号为{2,…,nj,1}。
通过以上技术方案，本发明提出了一种波动性电解制氢系统、配置方法及运行控制方法，具有如下技术效果：本发明将波动性电力负荷与电解制氢的电解槽容量分段匹配，并且对应的每个功率值可按照一定的经济性最优原则，根据单模块功率容量、台数对消纳能力、波动调节深度等的影响，由数台功率相同的电解制氢模块构成，相比于同等消纳能力下的单一模块，增加了电解槽的操作灵活性，提高了对波动性电力负荷的跟随能力，增加了能量利用和转换效率；并且降低了对每个电解槽模块的功率调变深度，降低了对运行维护的需求，延长了装置寿命。
本发明对电解制氢系统内的不同功率容量电解槽设置不同的辅助系统，功率容量相同的电解槽设置共用的辅助系统，既节省了投资和空间，提高了整体能量效率，又兼顾了操作灵活性。
本发明能够根据波动性电力负荷的特点实现兼具灵活性、安全性和经济性的波动性电解制氢配置，为未来以可再生能源为主的能源结构提供了一种有效的能量消纳和储存手段。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
实施例
本实施例提出了波动性电解制氢系统的配置方法，至少包括电解槽的配置，电解槽配置步骤如下：
a根据波动性电力的功率负荷特性曲线选定电解槽功率容量序列
[P1,P2,…,Pn]；
b对电解槽的任一功率容量Pi(i∈[1,2,…,n])，选定单台电解槽功率容量pi，满足基础功率容量Pi的电解槽配置台数为：ni＝[Pi/pi]，[]表示最大整数值。
优选的，波动性电解制氢系统的配置方法还包括辅助系统的配置，辅助系统的配置方法为：对电解槽的任一功率容量Pi(i∈[1,2,…,n])，其所对应的ni台电解槽配置统一的辅助系统，包括附属框架、整流变压器、冷却水系统、碱液循环系统等。
其中，本实施例中的电解槽可以是任意商用和实用化初期的电解槽，如碱性电解槽，PEM电解槽，固体氧化物电解槽，阴离子交换膜电解槽。
本实施例中的波动性电解制氢是以输出功率具有波动性的电力为电解用电来源的电解制氢。波动性电力可以是风电、光伏、生物质发电或有调峰需求的火电、核电、水电或其他波动性电力。
前述波动性电解制氢系统的配置方法，波动性电力的功率负荷为波动性电力需通过电解制氢进行消纳的部分，即波动性电力的直接功率出力、波动性电力扣除电网调度需求后的余电或火电、气电扣除调峰出力需求后的余电。
前述波动性电解制氢系统的配置方法，波动性电力的功率负荷特性曲线以波动性电力的功率负荷为横轴，以功率负荷出现的时间概率为纵轴，为波动性电力的历史运行曲线或计算所得功率预测曲线。
其中本实施例中计算所得功率预测曲线为根据理论或经验公式进行计算得出的功率预测曲线。
前述波动性电解制氢系统的配置方法，电解槽功率容量序列的构建方法为：在波动性电源功率负荷曲线上沿功率从大到小方向依次取点0，1，2，…，n；其中点0为功率最小值，点n为功率最大值，各点与前一点所对应功率的差值即为电解槽的功率容量序列。
前述波动性电解制氢系统的配置方法，在波动性电源功率负荷曲线上沿功率从大到小方向依次取点的方法为：
a确定功率最大值点n的位置：分别由曲线两端点和曲线上任一点分别向x轴作垂线l01，l02，lj；波动性电源功率负荷曲线、l01、x轴、lj围成的面积为Sj；波动性电源功率负荷曲线、l01、x轴、l02围成的面积为S0；
Sj＝a*S0；其中，a为功率负荷消纳系数，lj对应曲线的点即为功率最大值点n；
b确定其他点位置：分别由功率最大值点n、功率最小值点0、曲线上任一点分向x轴作垂线ln、l0、lj；波动性电源功率负荷曲线、l0、x轴、lj围成的面积为Sj；波动性电源功率负荷曲线、l0、x轴、ln围成的面积为Sn；其中Sj＝j/n*Sn。
前述波动性电解制氢系统的配置方法，在波动性电源功率负荷曲线上沿功率从大到小方向依次取点的方法为，步骤b替换为：分别由功率最大值点n、功率最小值点0、曲线上任一点分向x轴作垂线ln、l0、lj；l0、lj与x轴交点之间的长度为aj；将l0、ln与x轴交点之间的长度为an；其中aj＝j/n*an。
前述波动性电解制氢系统的配置方法，功率负荷消纳系数a根据实际需要由用户设定，取值范围为a∈(0，1)。
前述波动性电解制氢系统的配置方法，在满足功率负荷消纳系数a的约束前提下，Pi(i∈[1,2,…,n])和ni(i∈[1,2,…,n])的选择遵循经济性最优原则。
本实施例中，在满足功率负荷消纳系数a的约束前提下，Pi(i∈[1,2,…,n])和ni(i∈[1,2,…,n])的选择遵循经济性最优原则：min h(Pi,ni)，i∈[1,2,…,n]；
h(Pi,ni)为项目总投资；
h(Pi,ni)＝h1(Pi,ni)+h2(Pi,ni)+h3(Pi,ni)+h4(Pi,ni)；h1(Pi,ni)为电解槽投资
Figure GDA0004052043260000081
其中，c(pi)是与单台电解槽功率容量有关的电解槽价格。
h2(Pi,ni)为辅助系统投资，
Figure GDA0004052043260000082
其中，c'(Pi,ni)是与辅助系统所对应电解槽总容量和电解槽台数有关的价格。
h3(Pi,ni)为新增建筑物、土地投资，
Figure GDA0004052043260000083
其中，cn(Pi,ni)是折算到每套相同功率容量、共用辅助系统的电解槽系统的新增建筑物、土地投资，与设备台数、总容量有关。
h4(Pi,ni)为其他投资，包括固定资产其他投资、无形资产、递延资产等，取h4＝x(h1+h2+h3)；其中，x为其他投资相对于固定资产投资的比例系数。
本实施例中，在满足功率负荷消纳系数a的约束前提下，Pi(i∈[1,2,…,n])和ni(i∈[1,2,…,n])的选择遵循经济性最优原则：
max E(Pi,ni)，i∈[1,2,…,n]；
其中：E(Pi,ni)为波动性电解制氢的总投资收益率；
E(Pi,ni)＝C(Pi,ni)/h(Pi,ni)；
C(Pi,ni)为项目的年均净利润；
h(Pi,ni)为项目总投资，定义如上述；
C(Pi,ni)＝C1(Pi,ni)+C2(Pi,ni)-C3(Pi,ni)-C4(Pi,ni)-C5(Pi,ni)-C6(Pi,ni)-C7(Pi,ni)-C8(Pi,ni)；
C1(Pi,ni)为波动性电力消纳带来的额外收入，如调峰收入、避免超发带来的惩罚减免等；C1(Pi,ni)＝m(k，E)；E为所消纳的波动性电力总量，E＝Sn，k为与收入计算方式有关的系数。
C2(Pi,ni)为波动性制氢所获得氢气带来的额外收入，C2(Pi,ni)＝p*Q；p为氢气售价，Q为氢气年产量，Q＝t*E，t为单位电量产生的氢气量。
C3(Pi,ni)为电解制氢设备投资折旧，
Figure GDA0004052043260000084
c3(pi，ni)为每台电解制氢设备的折旧，与设备初始投资、波动运行情况和折旧年限有关。
C4(Pi,ni)为电解制氢辅助系统投资折旧，
Figure GDA0004052043260000085
c4(Pi，ni)为每套辅助系统的折旧，与设备初始投资、波动运行情况和折旧年限有关。
C5(Pi,ni)为新增建筑物、土地等折旧费用，C5(Pi,ni)＝h3(Pi,ni)*(1-r)/N；r为残值率，N为折旧年限。
C6(Pi,ni)为电解制氢运行维护成本，
Figure GDA0004052043260000091
c6(pi，ni)为每台电解槽的运行维护成本，与电解槽容量、波动运行情况有关；c’6(pi，ni)为每套辅助系统的运行维护费用。
C7(Pi,ni)为摊销费用，C7(Pi,ni)＝h4(Pi,ni)*(1-r)/N；r为残值率，N为摊销年限。
C8(Pi,ni)为管理费用、税金及其他费用，取折旧费用的一定比例。
根据本实施例前述方法进一步提出了一种波动性电解制氢系统，遵循经济性最优原则配置的波动性电解制氢系统，还包括辅助系统，配合电解槽至少完成电解过程中的变配电、原料输送、热量交换功能；辅助系统包括附属框架、整流变压器、冷却水系统、碱液循环系统。
前述波动性电解制氢系统的运行控制方法，步骤如下：
(1)按照功率从小到大的顺序，将对应P1,P2,…，Pn的各n1,n2,…，nn台电解制氢设备编号为{1,2,…,n1}{1,2,…,n2}…{1,2,…,nn}；
(2)控制系统接收波动性电力输入信号P，并识别出
Figure GDA0004052043260000092
Figure GDA0004052043260000093
中与P最接近的功率和：
Figure GDA0004052043260000094
(3)按照功率从小到大的顺序，启动对应P1,P2,…，Pj的各n1,n2,…，nj台电解制氢设备；
(4)计算剩余功率
Figure GDA0004052043260000095
调节对应Pj+1的电解制氢设备组。
本实施例中，步骤(4)的具体方法为：计算对应Pj+1的电解制氢设备组中所需启动的设备台数最小值m，其中m＝[PR/pj+1]-1([]表示取较大的整数值)；计算剩余功率Pr＝PR-m*pj+1；提取对应Pj+1的电解制氢设备组的允许功率负荷系数变动范围[a,b]；计算k＝Pr/pj+1，与a，b进行比较；
若k≤a且k+1≤b：
按照本组编号顺序启动前m-1台设备至额定功率pj+1；启动第m台设备，功率为(k+1)pj+1；
若k≤a且k+1>b：
定义w为正整数，w∈[1,m]；
计算使(k+1)/w≤b的最小的w，记为wmin；
若(k+1)/wmin≥a：
按照本组编号顺序启动前m-wmin台设备至额定功率pj+1；按照本组编号顺序启动第m-wmin+1，到第m台设备，功率为(k+1)/wmin*pj+1；
若(k+1)/wmin<a：
按照本组编号顺序启动前m台设备至额定功率pj+1；利用系统备用的储能设备吸收剩余功率Pr；
若k>a：按照本组编号顺序启动前m台设备至额定功率pj+1；启动第m+1台设备，功率为kpj+1。
其中编号较大的电解制氢设备将优先作为波动运行的设备，为使设备的运行状态更加均衡，针对对应P1,P2,…，Pn的各n1,n2,…，nn台电解制氢设备定义编号变更时间t1,t2,…，tn；当达到以上事件后，设备编号按如下规律变更：对于对应Pj的编号为{1,2,…,nj}的nj台设备，在一次编号设定完毕后，当tj时间达到后，系统自动变更编号为{2,…,nj,1}。通过以上控制方法，可使大部分电解制氢设备工作在额定状态，使最少的设备承担过载、欠载或波动任务，从而延长设备的使用寿命。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.波动性电解制氢系统的配置方法，其特征在于，至少包括电解槽的配置，所述电解槽配置步骤如下：
a根据波动性电力的功率负荷特性曲线选定所述电解槽功率容量序列[P1,P2,…,Pn]；所述波动性电力的功率负荷为波动性电力需通过电解制氢进行消纳的部分，即波动性电力的直接功率出力、波动性电力扣除电网调度需求后的余电或火电、气电扣除调峰出力需求后的余电；所述电解槽功率容量序列的构建方法为：在波动性电源功率负荷曲线上沿功率从大到小方向依次取点0，1，2，…，n；其中点0为功率最小值，点n为功率最大值，各点与前一点所对应功率的差值即为所述电解槽的功率容量序列；
在所述波动性电源功率负荷曲线上沿功率从大到小方向依次取点的方法为：确定功率最大值点n的位置：分别由所述曲线两端点和所述曲线上任一点分别向x轴作垂线l01，l02，lj；所述曲线、l01、x轴、lj围成的面积为Sj；所述曲线、l01、x轴、l02围成的面积为S0；
Sj＝a*S0
其中，a为功率负荷消纳系数，其根据实际需要由用户设定，取值范围为a∈(0，1)，lj对应所述曲线的点即为功率最大值点n；
并确定其他点位置：分别由功率最大值点n、功率最小值点0、所述曲线上任一点分向x轴作垂线ln、l0、lj；所述曲线、l0、x轴、lj围成的面积为Sj；所述曲线、l0、x轴、ln围成的面积为Sn；其中Sj＝j/n*Sn；
b对所述电解槽的任一功率容量Pi(i∈[1,2,…,n])，选定单台电解槽功率容量pi，满足基础功率容量Pi的所述电解槽配置台数为：ni＝[Pi/pi]，[]表示最大整数值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，波动性电力的功率负荷特性曲线以波动性电力的功率负荷为横轴，以功率负荷出现的时间概率为纵轴，为波动性电力的历史运行曲线或计算所得功率预测曲线。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述波动性电源功率负荷曲线上沿功率从大到小方向依次取点的方法为，步骤b替换为：分别由功率最大值点n、功率最小值点0、所述曲线上任一点分向x轴作垂线ln、l0、lj；l0、lj与x轴交点之间的长度为aj；将l0、ln与x轴交点之间的长度为an；其中aj＝j/n*an。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在满足所述功率负荷消纳系数a的约束前提下，Pi(i∈[1,2,…,n])和ni(i∈[1,2,…,n])的选择遵循经济性最优原则。
5.波动性电解制氢系统，其特征在于，根据权利要求4所述的方法遵循经济性最优原则进行配置，包括辅助系统，配合所述电解槽至少完成电解过程中的变配电、原料输送、热量交换功能；所述辅助系统包括附属框架、整流变压器、冷却水系统、碱液循环系统。
6.波动性电解制氢系统的运行控制方法，其特征在于，对权利要求5中的波动性电解制氢系统进行运行控制，步骤如下：
(1)按照功率从小到大的顺序，将对应P1,P2,…，Pn的各n1,n2,…，nn台电解制氢设备编号为{1,2,…,n1}{1,2,…,n2}…{1,2,…,nn}；
(2)控制系统接收波动性电力输入信号P，并识别出
Figure FDA0004058819080000021
Figure FDA0004058819080000022
中与P最接近的功率和：
Figure FDA0004058819080000023
(3)按照功率从小到大的顺序，启动对应P1,P2,…，Pj的各n1,n2,…，nj台电解制氢设备；
(4)计算剩余功率
Figure FDA0004058819080000024
调节对应Pj+1的电解制氢设备组；
计算对应Pj+1的电解制氢设备组中所需启动的设备台数最小值m，其中m＝[PR/pj+1]-1，其中[]表示取较大的整数值；计算剩余功率Pr＝PR-m*pj+1；提取对应Pj+1的电解制氢设备组的允许功率负荷系数变动范围[a,b]；计算k＝Pr/pj+1，与a，b进行比较；
若k≤a且k+1≤b：
按照本组编号顺序启动前m-1台设备至额定功率pj+1；启动第m台设备，功率为(k+1)pj+1；
若k≤a且k+1>b：
定义w为正整数，w∈[1,m]；
计算使(k+1)/w≤b的最小的w，记为wmin；
若(k+1)/wmin≥a：按照本组编号顺序启动前m-wmin台设备至额定功率pj+1；按照本组编号顺序启动第m-wmin+1，到第m台设备，功率为(k+1)/wmin*pj+1；
若(k+1)/wmin<a：按照本组编号顺序启动前m台设备至额定功率pj+1；利用系统备用的储能设备吸收剩余功率Pr；
若k>a：按照本组编号顺序启动前m台设备至额定功率pj+1；启动第m+1台设备，功率为kpj+1；
其中编号较大的电解制氢设备将优先作为波动运行的设备，为使设备的运行状态更加均衡，针对对应P1,P2,…，Pn的各n1,n2,…，nn台电解制氢设备定义编号变更时间t1,t2,…，tn；当达到以上事件后，设备编号按如下规律变更：对于对应Pj的编号为{1,2,…,nj}的nj台设备，在一次编号设定完毕后，当tj时间达到后，系统自动变更编号为{2,…,nj,1}。
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ES2299407B1 (es) * 2007-10-18 2009-08-25 Acciona Energia, S.A. Sistema de produccion de energia electrica e hidrogeno.
WO2011135110A1 (es) * 2010-04-28 2011-11-03 Ingeteam Energy, S. A. Sistema de producción de hidrógeno para la regulación de potencia en centrales eléctricas basadas en energías renovables, y procedimiento de regulación
CN111826669B (zh) * 2020-03-31 2024-02-27 同济大学 具有宽功率波动适应性的大型电解水制氢系统及控制方法
CN111463826B (zh) * 2020-04-13 2021-07-16 同济大学 一种风电制氢碱性电解槽阵列配置及优化控制方法、系统
CN112270096B (zh) * 2020-10-29 2022-12-16 国网甘肃省电力公司电力科学研究院 促进新能源消纳的灵活性资源贡献度求解方法
CN112481637A (zh) * 2020-11-10 2021-03-12 安徽伯华氢能源科技有限公司 一种用于波动性电源的电解水制氢系统及其控制策略

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