CN115058740B - 制氢系统控制方法、装置及其工作区域分区方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种制氢系统控制方法、装置及其工作区域分区方法和装置，该控制方法包括获取至少两个工作区域的预设分区参数，预设分区参数根据制氢系统在多个不同运行工况下的氢氧浓度指标建立，至少两个工作区域包括安全工作区域和至少一个非安全工作区域；获取制氢系统的系统运行参数和氢氧浓度检测参数；根据系统运行参数和预设分区参数确定制氢系统的区域匹配结果，区域匹配结果包括实际工作区域及区域持续时长；根据区域匹配结果及氢氧浓度检测参数对制氢系统进行控制。本发明通过设置安全工作区域和非安全工作区域，结合工作区域、系统运行参数及氢氧浓度检测参数进行安全联锁，响应时效性强，有利于提高系统运行安全性能。
Description
技术领域
本发明涉及制氢控制技术领域，尤其涉及一种制氢系统控制方法、装置及其工作区域分区方法和装置。
背景技术
新能源制氢技术采用新能源作为电解水制氢的电源，随着氢能需求不断增加及新能源度电成本不断降低，新能源制氢技术成为实现“双碳”目标的关键路径。
针对电解水制氢技术而言，由于隔膜特性等因素的影响，导致氢氧互串，存在氢中氧和氧中氢浓度超标的问题，容易导致燃爆等安全事故，因此，需要检测制氢系统的氢、氧纯度。
在现有的新能源制氢技术中，通常在电解槽出口的气液分离单元设置氢、氧纯度分析仪，通过氢、氧纯度分析仪检测粗氢、粗氧获取氢、氧纯度，其存在以下问题：新能源输入电解槽的功率易发生波动，输入功率的变化会影响电解槽产生气体的浓度，在进行气体检测时，电解槽气体出口经气液分离后得到粗氢、粗氧，导致整体检测流程很长，且气体存在混合过程，氢、氧纯度分析仪的响应时间一般为十几分钟甚至更长时间，检测数据无法实时反应电解槽产生气体的浓度，在新能源输入电解槽的功率较低时，极易发生氢氧浓度超标的问题，导致发生燃爆等安全事故，影响系统安全运行。
发明内容
本发明提供了一种制氢系统控制方法、装置及其工作区域分区方法和装置，以解决现有的新能源制氢技术气体纯度检测周期长、检测响应滞后的问题，有利于提高制氢系统的安全性能。
根据本发明的一方面，提供了一种制氢系统控制方法，包括：
获取至少两个工作区域的预设分区参数，所述预设分区参数根据所述制氢系统在多个不同运行工况下的氢氧浓度指标建立，所述至少两个工作区域包括安全工作区域和至少一个非安全工作区域；
获取所述制氢系统的系统运行参数和氢氧浓度检测参数，所述系统运行参数包括下述至少一项：电解槽参数和系统参数；
执行分区检测控制，根据所述系统运行参数和所述预设分区参数确定所述制氢系统的区域匹配结果，所述区域匹配结果包括实际工作区域及区域持续时长；
根据所述区域匹配结果及所述氢氧浓度检测参数对所述制氢系统进行控制。
根据本发明的另一方面，提供了一种制氢系统工作区域的分区方法，用于上述制氢系统控制方法，所述分区方法包括：
获取多组预设运行参数，一组所述预设运行参数包括下述至少一项：预设电解槽参数和预设系统参数；
根据所述预设运行参数控制所述制氢系统进入不同运行工况；
获取不同运行工况下的氢氧浓度指标参数；
根据所述氢氧浓度指标参数确定预设分区参数；
根据所述预设分区参数确定至少两个工作区域；
其中，所述至少两个工作区域包括安全工作区域和至少一个非安全工作区域。
根据本发明的另一方面，提供了一种制氢系统控制装置，用于执行上述制氢系统控制方法，所述控制装置包括：
存储单元，用于获取至少两个工作区域的预设分区参数，所述预设分区参数根据所述制氢系统在多个不同运行工况下的氢氧浓度指标建立，所述至少两个工作区域包括安全工作区域和至少一个非安全工作区域；
检测单元，用于获取所述制氢系统的系统运行参数和氢氧浓度检测参数，所述系统运行参数包括下述至少一项：电解槽参数和系统参数；
工作区域匹配单元，用于根据所述系统运行参数和所述预设分区参数确定所述制氢系统的区域匹配结果，所述区域匹配结果包括实际工作区域及区域持续时长；
制氢控制单元，用于根据所述区域匹配结果及所述氢氧浓度检测参数对所述制氢系统进行控制。
根据本发明的另一方面，提供了一种制氢系统工作区域的分区装置，用于执行上述制氢系统工作区域的分区方法，所述分区装置包括：
参数设置单元，用于获取多组预设运行参数，一组所述预设运行参数包括下述至少一项：预设电解槽参数和预设系统参数；
运行控制单元，用于根据所述预设运行参数控制所述制氢系统进入不同运行工况；
氢氧浓度采样单元，用于获取不同运行工况下的氢氧浓度指标参数；
分区参数获取单元，用于根据所述氢氧浓度指标参数确定预设分区参数；
分区执行单元，用于根据所述预设分区参数确定至少两个工作区域；
其中，所述至少两个工作区域包括安全工作区域和至少一个非安全工作区域。
本发明实施例的技术方案，通过设置至少两个工作区域的预设分区参数，获取制氢系统的系统运行参数和氢氧浓度检测参数，采用系统运行参数与预设分区参数进行比对，确定制氢系统的实际工作区域及区域持续时长，在非安全工作区域，根据区域持续时长及氢氧浓度检测参数对制氢系统进行控制，通过设置安全工作区域和非安全工作区域，结合工作区域匹配、系统运行参数及氢氧浓度检测参数进行系统安全联锁控制，解决了现有的新能源制氢技术气体纯度检测周期长、检测响应滞后影响系统安全运行的问题，响应时效性强，有利于提高系统运行安全性能。
应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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是本发明实施例一提供的一种制氢系统控制方法的流程图；
图2是本发明实施例一提供的一种氢氧浓度指标曲线的示意图；
图3是本发明实施例二提供的一种制氢系统控制方法的流程图；
图4是本发明实施例二提供的另一种制氢系统控制方法的流程图；
图5是本发明实施例三提供的一种制氢系统控制方法的流程图；
图6是本发明实施例四提供的一种制氢系统控制方法的流程图；
图7是本发明实施例五提供的一种制氢系统工作区域的分区方法的流程图；
图8是本发明实施例六提供的一种制氢系统控制装置的结构示意图；
图9是本发明实施例七提供的一种制氢系统工作区域的分区装置的结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
实施例一
图1是本发明实施例一提供的一种制氢系统控制方法的流程图，本实施例可适用于将新能源制氢系统的运行模式与氢中氧和氧中氢浓度有效关联实现系统运行保护的应用场景，该方法可以由制氢系统控制装置来执行，该制氢系统控制装置可以采用硬件和/或软件的形式实现，该制氢系统控制装置可配置于制氢系统或者制氢设备中。
如图1所示，该制氢系统控制方法具体包括以下步骤：
步骤S1：获取至少两个工作区域的预设分区参数。
其中，至少两个工作区域包括安全工作区域和至少一个非安全工作区域。
在本发明的实施例中，安全工作区域是指，制氢系统长时间运行时，氢中氧和氧中氢浓度始终低于预设安全限值的工作区域；非安全工作区域是指，制氢系统运行一段时间后，氢中氧和氧中氢浓度高于预设安全限值的工作区域。该预设安全限值的具体数值可随着制氢系统运行过程中的压力和温度变化发生变化，对其具体数值不作限制。
典型地，预设安全限值可设置为氢气燃烧极限值的50％。在常温、常压下，氢气在干燥空气中的燃烧极限值为4.1％至74.8％；氢气在氧气中的燃烧极限值为4.1％至94％。
在本发明的实施例中，预设分区参数是指，用于划分不同工作区域的参数，该预设分区参数可为制氢系统运行过程中的一个或者多个参数。典型地，预设分区参数包括用于划分安全工作区域与非安全工作区域的第一分区参数阈值。
可选地，预设分区参数包括下述至少一项：电解槽分区参数和系统分区参数，其中，电解槽分区参数包括但不限于：负荷率分区参数，及输入分区参数，典型地，输入分区参数包括：输入功率分区参数、输入电压分区参数及输入电流分区参数。预设分区参数的具体参数值可根据制氢系统在多个不同运行工况下的氢氧浓度指标建立。其中，该氢氧浓度指标包括但不限于：氢中氧(OTH)浓度指标和/或氧中氢(HTO)浓度指标，即言，预设分区参数可根据制氢系统在多个不同运行工况下的氢中氧(OTH)浓度指标和/或氧中氢(HTO)浓度指标建立。
具体来说，可设置制氢系统的多组预设运行参数，一组预设运行参数包括下述至少一项：预设电解槽参数和预设系统参数，其中，预设电解槽参数包括但不限于：预设电解槽负荷率或负载率，及预设电解槽输入电参数，典型地，预设电解槽输入电参数包括：预设输入功率、预设输入电压、预设输入电流、预设工作时长和预设电解槽温度参数；预设系统参数包括但不限于：预设系统压力参数。在得到一组预设运行参数后，根据预设运行参数控制制氢系统进入不同运行工况。在不同运行工况下，检测电解槽出口的氢中氧浓度和氧中氢浓度，若任一运行工况下，氢中氧浓度和氧中氢浓度达到预设安全限值，则将当前运行工况对应的参数(例如为输入功率参数、输入电压参数、输入电流参数或者负载率参数中的一个参数或者多个参数组合)作为第一分区参数阈值。
步骤S2：获取制氢系统的系统运行参数和氢氧浓度检测参数。
其中，氢氧浓度检测参数可为衡量电解槽氢气纯度的参数，典型地，氢氧浓度检测参数包括氢中氧浓度检测参数和/或氧中氢浓度检测参数；系统运行参数可为衡量制氢系统功率变化的关联参数。
一实施例中，系统运行参数可包括下述至少一项：电解槽参数和系统参数。其中，电解槽参数包括但不限于：电解槽负载率或负荷率，及电解槽输入电参数，该负载率可为制氢系统实际用电负载与额定负载的比值；电解槽输入电参数包括但不限于：输入功率、输入电压、输入电流、电解槽工作时长和电解槽温度参数，输入功率为新能源电源提供给电解槽的输入功率；输入电压可为新能源电源提供给电解槽的电源电压；工作时长为制氢系统持续运行的时间；电解槽温度参数为制氢系统电解槽的实际工作温度；系统参数包括但不限于：系统压力参数，该系统压力参数为制氢系统内的实际压力。
在本步骤中，可采用检测单元采集制氢系统的系统运行参数(例如负载参数、输入功率、输入电压、输入电流、电解槽温度参数和系统压力参数中的一个或者多个参数)；采用计时单元采集工作时长；采用氢、氧纯度分析仪采集制氢过程中的实际氢中氧浓度和实际氧中氢浓度。
在本发明的实施例中，采集的系统运行参数的类型覆盖所有预设分区参数的类型，例如，若预设分区参数为输入功率分区参数，则采集的系统运行参数至少包括系统实际输入功率；若预设分区参数为负载率分区参数，则采集的系统运行参数至少包括系统实际负载率。本领域技术人员可根据实际需要设置预设分区参数，并对应采集系统运行参数，对具体参数类型不作限制。
步骤S3：执行分区检测控制，根据系统运行参数和预设分区参数确定制氢系统的区域匹配结果，其中，区域匹配结果包括实际工作区域及区域持续时长。
在本发明的实施例中，可将非安全工作区域进一步进行分区，建立多个非安全工作区域，在不同非安全工作区域设置不同的运行保护逻辑。
在一些实施例中，预设分区参数将工作区域分为一个安全工作区域和两个非安全工作区域，即第一非安全工作区域与第二非安全工作区域。预设分区参数包括：第一分区参数阈值和第二分区参数阈值，第一分区参数阈值大于第二分区参数阈值；第一分区参数阈值用于划分安全工作区域与第一非安全工作区域，第二分区参数阈值用于划分第一非安全工作区域与第二非安全工作区域。
其中，安全工作区域的负载率高于第一非安全工作区域的负载率；第一非安全工作区域的负载率高于第二非安全工作区域的负载率。
具体来说，在执行联锁控制之前，对系统运行参数与预设分区参数进行比对，若系统运行参数高于第一分区参数阈值，则可确定制氢系统工作在安全工作区域；若系统运行参数小于或者等于第一分区参数阈值，且系统运行参数大于第二分区参数阈值，则可确定制氢系统工作在第一非安全工作区域；若系统运行参数小于或者等于第二分区参数阈值，则可确定制氢系统工作在第二非安全工作区域。
步骤S4：根据区域匹配结果及氢氧浓度检测参数对制氢系统进行控制。
其中，对制氢系统进行控制，包括：根据区域匹配结果及氢氧浓度检测参数确定制氢系统的工作模式。典型地，制氢系统的工作模式包括：运行模式或者非运行模式，在运行模式下，制氢系统可执行电解制氢操作；在非运行模式下，制氢系统停止执行电解制氢操作。
在本发明的实施例中，可在不同的工作区域设置不同的联锁保护控制策略，当系统满足联锁保护控制策略的条件时，触发安全联锁启动，控制制氢系统进入非运行模式，停止电解制氢操作。
具体来说，在制氢系统运行过程中，首先根据系统运行参数确定系统所处的实际工作区域，例如为安全工作区域或者非安全工作区域。当系统工作在安全工作区域时，可采集电解槽出口的氢氧浓度检测参数，例如，氢中氧浓度检测参数和氧中氢浓度检测参数，根据氢中氧浓度检测参数和氧中氢浓度检测参数进行关联联锁，如果氢中氧浓度检测参数或者氧中氢浓度检测参数中的任一个高于预设安全限值，则触发安全联锁启动，控制制氢系统进入非运行模式；当系统工作在非安全工作区域时，可根据系统运行参数及氢氧浓度检测参数进行关联联锁，判断氢中氧浓度检测参数或者氧中氢浓度检测参数是否超标，同时，将实际区域持续时长与相应工作区域对应的预设持续时间阈值进行比对，如果氢中氧浓度检测参数或者氧中氢浓度检测参数超标，或者，实际区域持续时长达到预设持续时间阈值，则触发安全联锁启动，控制制氢系统进入非运行模式。
由此，本发明实施例的技术方案，通过设置至少两个工作区域的预设分区参数，获取制氢系统的系统运行参数和氢氧浓度检测参数，采用系统运行参数与预设分区参数进行比对，确定制氢系统的实际工作区域及区域持续时长，在非安全工作区域，根据区域持续时长及氢氧浓度检测参数对制氢系统进行联锁控制，通过设置安全工作区域和非安全工作区域，结合工作区域匹配、系统运行参数及氢氧浓度检测参数进行系统安全联锁控制，解决了现有的新能源制氢技术气体纯度检测周期长、检测响应滞后影响系统安全运行的问题，响应时效性强，有利于提高系统运行安全性能。
在本发明的实施例中，预设分区参数可通过标定试验获得，在预设分区参数标定阶段，可设置多组运行参数，每组运行参数对应的运行工况的负载率不同，制氢系统在任一运行工况长时间运行，采用氢、氧纯度分析仪对各运行工况下制氢系统产生的气体进行浓度检测，根据检测数据建立氢氧浓度指标曲线，氢氧浓度指标曲线可用于表征氢氧浓度指标(例如氢中氧浓度和氧中氢浓度)与制氢系统运行参数之间的对应关系。
可选地，图2是本发明实施例一提供的一种氢氧浓度指标曲线的示意图。
结合图2所示，以预设分区参数为负载率为例，设置氢氧浓度指标曲线的横坐标为负载率，氢氧浓度指标曲线的纵坐标为氢氧浓度指标，系统负载越高，氢氧浓度指标越低；系统负载越轻，氢氧浓度指标越高。定义氢中氧浓度和氧中氢浓度的预设安全限值为k0，预设安全限值k0对应的负载率为Ω0，若系统负载率小于Ω0，则制氢系统运行于非安全工作区域；若系统负载率大于Ω0，则制氢系统运行于安全工作区域。
在另一些实施例中，氢氧浓度指标曲线可用于表征氢氧浓度指标与输入功率之间的对应关系；或者，氢氧浓度指标曲线可用于表征氢氧浓度指标与输入电压之间的对应关系；或者，氢氧浓度指标曲线可用于表征氢氧浓度指标与多个系统运行参数对应的数组之间的对应关系。本领域技术人员可根据实际需要调整标定工况，建立氢氧浓度指标曲线，以便于通过查表法确定预设分区参数。
实施例二
图3是本发明实施例二提供的一种制氢系统控制方法的流程图，在图3所示的实施例中，制氢系统工作在第一非安全工作区域，在第一非安全工作区域下，系统的运行功率达到运行功率下限。
如图3所示，该制氢系统控制方法，具体包括以下步骤：
步骤S1：获取至少两个工作区域的预设分区参数。
步骤S2：获取制氢系统的系统运行参数和氢氧浓度检测参数。
步骤S3：执行分区检测控制，根据系统运行参数和预设分区参数确定制氢系统的区域匹配结果。
在本发明的实施例中，将非安全工作区域分为第一非安全工作区域与第二非安全工作区域，其中，制氢系统工作在第一非安全工作区域的输入功率(或者负载率)高于制氢系统工作在第二非安全工作区域的输入功率(或者负载率)。若区域匹配结果为：系统工作在第一非安全工作区域，则执行后续步骤S401；若区域匹配结果为：系统工作在第二非安全工作区域，则执行后续步骤S404。
步骤S401：获取预设氢中氧阈值参数k1和预设氧中氢阈值参数k2。
其中，预设氢中氧阈值参数k1和预设氧中氢阈值参数k2可为小于氢气燃烧极限值，且大于预设安全限值的任一浓度阈值。在常温、常压下，氢气在干燥空气中的燃烧极限值为4.1％至74.8％；氢气在氧气中的燃烧极限值为4.1％至94％。预设安全限值可设置为氢气燃烧极限值的50％。该预设安全限值的具体数值随着系统运行过程中的压力和温度变化发生变化，对其具体数值不作限制。
示例性地，可设置预设氢中氧阈值参数k1和预设氧中氢阈值参数k2为小于4.1％的浓度值。
步骤S402：根据氢氧浓度检测参数、预设氢中氧阈值参数k1及预设氧中氢阈值参数k2确定制氢系统的目标工作模式。
其中，目标工作模式包括非运行模式和运行模式。在运行模式下，制氢系统执行电解制氢操作；在非运行模式下，制氢系统停止执行电解制氢操作。
步骤S403：根据目标工作模式控制制氢系统运行。
具体来说，设置预设分区参数包括第一分区参数阈值和第二分区参数阈值，对系统运行参数与不同工作区域的预设分区参数进行比对，若系统运行参数大于第二分区参数阈值，且系统运行参数小于或者等于第一分区参数阈值，则可确定制氢系统的区域匹配结果处于第一非安全工作区域。在第一非安全工作区域中，获取氢中氧浓度检测参数OTH和氧中氢浓度检测参数HTO，将氢中氧浓度检测参数OTH与预设氢中氧阈值参数k1进行比对，同时将氧中氢浓度检测参数HTO与预设氧中氢阈值参数k2进行比对，若氢中氧浓度检测参数OTH大于或者等于预设氢中氧阈值参数k1，或者，氧中氢浓度检测参数HTO大于或者等于预设氧中氢阈值参数k2，则可确定系统中氢氧浓度指标超过预设安全限值，触发安全联锁启动，控制制氢系统进入非运行模式；若氢中氧浓度检测参数OTH小于预设氢中氧阈值参数k1，且氧中氢浓度检测参数HT小于预设氧中氢阈值参数k2，则可确定系统中氢氧浓度指标低于预设安全限值，安全联锁不触发，控制制氢系统维持运行模式。
图4是本发明实施例二提供的另一种制氢系统控制方法的流程图，在图4所示的实施例中，制氢系统工作在第二非安全工作区域，系统运行于低负载或者低功率状态。
如图4所示，该制氢系统控制方法，还包括：
步骤S404：获取第一预设时间阈值。
在本发明的实施例中，可设置第一预设时间阈值小于氢、氧纯度分析仪中氢氧攻读指标检测的理论响应时间，该理论响应时间可为几十分钟。经过第一预设时间阈值，电解槽内气体纯度超过预设安全限值，第一预设时间阈值可通过标定确定，对其具体数值不作限制。
步骤S405：根据第一预设时间阈值及第二非安全工作区域的区域持续时长确定制氢系统的目标工作模式。
步骤S406：根据目标工作模式控制制氢系统运行。
具体来说，若系统运行参数小于第二分区参数阈值，则可确定制氢系统的区域匹配结果处于第二非安全工作区域。获取系统工作在第二非安全工作区域的区域持续时长，判断区域持续时长是否达到第一预设时间阈值，若区域持续时长达到第一预设时间阈值，则可确定系统中氢氧浓度指标超过预设安全限值，触发安全联锁启动，控制制氢系统进入非运行模式；若区域持续时长小于第一预设时间阈值，则可确定系统中氢氧浓度指标低于预设安全限值，安全联锁不触发，控制制氢系统维持运行模式。
需要说明的是，当系统工作在第二非安全工作区域之时，可同时采集电解槽出口的氢氧浓度检测参数，采用上述步骤S401至步骤S403记载的方法与上述步骤S404至步骤S406记载的方法形成联锁，使氢中氧浓度或者氧中氢浓度超标，或者区域持续时长超过预设时间阈值均可以触发安全联锁启动，实现工作区域、系统运行参数及氢氧浓度检测参数的安全联锁控制，响应时效性强，有利于提高系统运行的安全性能。
实施例三
在设置工作区域时，本领域技术人员还可根据实际需求将非安全工作区域划分为三个或者三个以上的非安全工作区域。
在一些实施例中，预设分区参数可包括：第一分区参数阈值、第二分区参数阈值和第三分区参数阈值，第一分区参数阈值大于第二分区参数阈值，第三分区参数阈值小于第二分区参数阈值；第一分区参数阈值用于划分安全工作区域与第一非安全工作区域，第二分区参数阈值用于划分第一非安全工作区域与第二非安全工作区域；第三分区参数阈值用于划分第二非安全工作区域与第三非安全工作区域。
其中，安全工作区域的负载率高于第一非安全工作区域的负载率；第一非安全工作区域的负载率高于第二非安全工作区域的负载率；第三非安全工作区域的负载率低于第二非安全工作区域的负载率。
图5是本发明实施例三提供的一种制氢系统控制方法的流程图，在图5所示的实施例中，将非安全工作区域划分为三个区，在第一非安全工作区域下，系统的运行功率达到运行功率下限；在第二非安全工作区域下，系统运行于低负载或者低功率状态；在第三非安全工作区域下，系统运行于超低负载或者超低功率状态，系统输入功率或者负载率越低，氢氧浓度指标越高。
如图5所示，根据区域匹配结果及氢氧浓度检测参数对制氢系统进行控制，包括：
步骤S1：获取至少两个工作区域的预设分区参数。
步骤S2：获取制氢系统的系统运行参数和氢氧浓度检测参数。
步骤S3：执行分区检测控制，根据系统运行参数和预设分区参数确定制氢系统的区域匹配结果。
步骤S501：获取预设氢中氧阈值参数k1和预设氧中氢阈值参数k2。
步骤S502：根据氢氧浓度检测参数、预设氢中氧阈值参数及预设氧中氢阈值参数确定制氢系统的目标工作模式。
步骤S503：获取第一预设时间阈值和第二预设时间阈值，第一预设时间阈值大于第二预设时间阈值。
步骤S504：根据第一预设时间阈值及第二非安全工作区域的区域持续时长确定制氢系统的目标工作模式。
步骤S505：根据第二预设时间阈值及第三非安全工作区域的区域持续时长确定制氢系统的目标工作模式。
步骤S506：根据目标工作模式控制制氢系统运行。
具体地，将系统运行参数与预设分区参数进行比对，若区域匹配结果为：系统工作在第一非安全工作区域，则执行步骤S501、步骤S502和步骤S506，获取氢中氧浓度检测参数OTH和氧中氢浓度检测参数HTO，根据氢中氧浓度检测参数OTH和氧中氢浓度检测参数HTO进行安全联锁；若区域匹配结果为：系统工作在第二非安全工作区域，则执行步骤S501至步骤S504及步骤S506，获取氢中氧浓度检测参数OTH和氧中氢浓度检测参数HTO，同时获取第二非安全工作区域的区域持续时长，根据氢中氧浓度检测参数OTH、氧中氢浓度检测参数HTO及低功率状态下的区域持续时长进行安全联锁；若区域匹配结果为：若区域匹配结果为：系统工作在第三非安全工作区域，则执行步骤S501至步骤S503、步骤S505和步骤S506，获取氢中氧浓度检测参数OTH和氧中氢浓度检测参数HTO，同时获取第三非安全工作区域的区域持续时长，根据氢中氧浓度检测参数OTH、氧中氢浓度检测参数HTO及超低功率状态下的区域持续时长进行安全联锁。通过设置多个非安全工作区域，对不同工作区域的安全保护逻辑进行差异化设置，减少制氢系统的启停次数，有利于提高系统安全运行的可靠性。
实施例四
图6是本发明实施例四提供的一种制氢系统控制方法的流程图，在图1的实施例的基础上，增加了分区检测启动条件判断功能。
如图6所示，该制氢系统控制方法还包括：
步骤S601：获取制氢系统的系统运行参数。其中，系统运行参数至少包括：电解槽温度参数、系统压力参数。
步骤S602：获取预设检测启动条件。
步骤S603：根据系统运行参数及预设检测启动条件确定是否启动执行分区检测控制。
若系统运行参数不满足预设检测启动条件，则执行步骤S604；若系统运行参数满足预设检测启动条件，则执行上述步骤S605。
步骤S604：退出分区检测控制程序。
步骤S605：根据系统运行参数和预设分区参数确定制氢系统的区域匹配结果。
步骤S606：根据区域匹配结果及氢氧浓度检测参数对制氢系统进行控制。
典型地，预设检测启动条件包括下述至少一项：电解槽温度参数达到预设温度阈值，系统压力参数达到预设压力阈值及冷启动运行时间达到预设时间阈值。
需要说明的是，本领域技术人员可根据实际需求设置预设检测启动条件的具体内容，并对应调整需要采样的运行参数的参数类型，对此不做限制。
示例性地，以预设检测启动条件为电解槽温度参数达到预设温度阈值，且系统压力参数达到预设压力阈值为例，在制氢系统运行过程中，实时采集系统内的电解槽温度参数、系统压力参数，判断电解槽温度参数是否达到预设温度阈值，并判断系统压力参数是否达到预设压力阈值，若电解槽温度参数未达到预设温度阈值，或者，系统压力参数未达到预设压力阈值，则系统不启动分区检测控制，即不执行上述步骤S3；若电解槽温度参数达到预设温度阈值，且系统压力参数达到预设压力阈值，则执行上述步骤S3，根据系统运行参数和预设分区参数确定制氢系统的实际工作区域，并对当前的实际工作区域的区域持续时长进行计时。通过设置分区检测启动条件，避免制氢系统运行工况不稳定导致的氢氧浓度检测偏差，避免安全联锁误动作，有利于提高制氢系统运行可靠性。
实施例五
本发明实施例五提供了一种制氢系统工作区域的分区方法，用于上述任一实施例提供的制氢系统控制方法。
图7是本发明实施例五提供的一种制氢系统工作区域的分区方法的流程图。
如图7所示，该制氢系统工作区域的分区方法具体包括以下步骤：
步骤S10：获取多组预设运行参数。
可选地，一组预设运行参数包括下述至少一项：预设电解槽参数和预设系统参数。其中，预设电解槽参数包括但不限于：预设电解槽负荷率或负载率，及预设电解槽输入电参数，典型地，预设电解槽输入电参数包括：预设输入功率、预设输入电压、预设输入电流、预设工作时长和预设电解槽温度参数；预设系统参数包括但不限于：预设系统压力参数。
步骤S20：根据预设运行参数控制制氢系统进入不同运行工况。
步骤S30：获取不同运行工况下的氢氧浓度指标参数。
步骤S40：根据氢氧浓度指标参数确定预设分区参数。
步骤S50：根据预设分区参数确定至少两个工作区域。
其中，至少两个工作区域包括安全工作区域和至少一个非安全工作区域。
具体来说，设置制氢系统的多组预设运行参数，一组预设运行参数包括下述至少一项：预设负载参数、预设输入功率、预设输入电压、预设输入电流、预设工作时长、预设电解槽温度参数和预设系统压力参数，根据预设运行参数控制制氢系统进入不同运行工况。在不同运行工况下，检测氢中氧浓度和氧中氢浓度，若任一运行工况下，氢中氧浓度和氧中氢浓度达到预设安全限值，则将当前运行工况对应的参数(例如为输入功率分区参数、输入电压分区参数、输入电流分区参数或者负载率分区参数中的一个参数或者多个参数组合)作为第一分区参数阈值。在对制氢系统的工作区域进行分区时，采用预设分区参数(例如第一分区参数阈值)作为分区划分的基准，将制氢系统的实际系统运行参数与预设分区参数进行比对，通过比对结果确定系统的实际工作区域。
结合图2所示，以预设分区参数为负载率为例，设置氢氧浓度指标曲线的横坐标为负载率，氢氧浓度指标曲线的纵坐标为氢氧浓度指标，系统负载越高，氢氧浓度指标越低；系统负载越轻，氢氧浓度指标越高。定义氢中氧浓度和氧中氢浓度的预设安全限值为k0，预设安全限值k0对应的负载率为Ω0，若系统负载率小于Ω0，则制氢系统运行于非安全工作区域；若系统负载率大于Ω0，则制氢系统运行于安全工作区域。通过建立氢氧浓度指标曲线，以便于通过查表法确定预设分区参数。
可选地，预设分区参数包括：第一分区参数阈值和第二分区参数阈值，第一分区参数阈值大于第二分区参数阈值；第一分区参数阈值用于划分安全工作区域与第一非安全工作区域，第二分区参数阈值用于划分第一非安全工作区域与第二非安全工作区域；其中，第一非安全工作区域的负载率高于第二非安全工作区域的负载率。
具体来说，可将非安全工作区域分为两个区，对系统运行参数与预设分区参数进行比对，若系统运行参数高于第一分区参数阈值，则可确定制氢系统工作在安全工作区域；若系统运行参数小于或者等于第一分区参数阈值，且系统运行参数大于第二分区参数阈值，则可确定制氢系统工作在第一非安全工作区域；若系统运行参数小于或者等于第二分区参数阈值，则可确定制氢系统工作在第二非安全工作区域。
可选地，预设分区参数还包括：第三分区参数阈值，第三分区参数阈值小于第二分区参数阈值；第三分区参数阈值用于划分第二非安全工作区域与第三非安全工作区域；其中，第三非安全工作区域的负载率低于第二非安全工作区域的负载率。
具体来说，可将非安全工作区域分为三个区，对系统运行参数与预设分区参数进行比对，若系统运行参数高于第一分区参数阈值，则可确定制氢系统工作在安全工作区域；若系统运行参数小于或者等于第一分区参数阈值，且系统运行参数大于第二分区参数阈值，则可确定制氢系统工作在第一非安全工作区域；若系统运行参数小于或者等于第二分区参数阈值，且系统运行参数大于第三分区参数阈值，则可确定制氢系统工作在第二非安全工作区域；若系统运行参数小于或者等于第三分区参数阈值，则可确定制氢系统工作在第三非安全工作区域。
由此，本发明实施例的技术方案，通过设置至少两个工作区域的预设分区参数，采用该预设分区参数确定制氢系统的实际工作区域及区域持续时长，在非安全工作区域，根据区域持续时长及氢氧浓度检测参数对制氢系统进行联锁控制，通过设置安全工作区域和非安全工作区域，结合工作区域匹配、系统运行参数及氢氧浓度检测参数进行系统安全联锁控制，解决了现有的新能源制氢技术气体纯度检测周期长、检测响应滞后影响系统安全运行的问题，响应时效性强，有利于提高系统运行安全性能。
实施例六
基于上述任一实施例，本发明实施例六提供了一种制氢系统控制装置，用于执行上述任一实施例提供的制氢系统控制方法，具备执行上述制氢系统控制方法相应的功能模块和有益效果。
图8是本发明实施例六提供的一种制氢系统控制装置的结构示意图。
如图8所示，该制氢系统控制装置100包括：
存储单元101，用于获取至少两个工作区域的预设分区参数，预设分区参数根据制氢系统在多个不同运行工况下的氢氧浓度指标建立，至少两个工作区域包括安全工作区域和至少一个非安全工作区域；
检测单元102，用于获取制氢系统的系统运行参数和氢氧浓度检测参数，系统运行参数包括下述至少一项：电解槽参数和系统参数。其中，电解槽参数包括但不限于：电解槽负载率或负荷率，及电解槽输入电参数，该负载率可为制氢系统实际用电负载与额定负载的比值；电解槽输入电参数包括但不限于：输入功率、输入电压、输入电流、电解槽工作时长和电解槽温度参数；系统参数包括但不限于：系统压力参数。
工作区域匹配单元103，用于根据系统运行参数和预设分区参数确定制氢系统的区域匹配结果，区域匹配结果包括实际工作区域及区域持续时长；
制氢控制单元104，用于根据区域匹配结果及氢氧浓度检测参数对制氢系统进行控制。
可选地，预设分区参数包括：第一分区参数阈值和第二分区参数阈值，第一分区参数阈值大于第二分区参数阈值；第一分区参数阈值用于划分安全工作区域与第一非安全工作区域，第二分区参数阈值用于划分第一非安全工作区域与第二非安全工作区域；其中，安全工作区域的负载率高于第一非安全工作区域的负载率；第一非安全工作区域的负载率高于第二非安全工作区域的负载率。
可选地，在制氢系统的区域匹配结果处于第一非安全工作区域之时，根据区域匹配结果及氢氧浓度检测参数对制氢系统进行控制，包括：获取预设氢中氧阈值参数和预设氧中氢阈值参数；根据氢氧浓度检测参数、预设氢中氧阈值参数及预设氧中氢阈值参数确定制氢系统的目标工作模式，其中，目标工作模式包括非运行模式和运行模式；根据目标工作模式控制制氢系统运行。
可选地，预设分区参数还包括：第三分区参数阈值，第三分区参数阈值小于第二分区参数阈值；第三分区参数阈值用于划分第二非安全工作区域与第三非安全工作区域；其中，第三非安全工作区域的负载率低于第二非安全工作区域的负载率。
可选地，根据区域匹配结果及氢氧浓度检测参数对制氢系统进行控制，还包括：获取第一预设时间阈值和第二预设时间阈值，第一预设时间阈值大于第二预设时间阈值；在制氢系统的区域匹配结果处于第二非安全工作区域之时，根据第一预设时间阈值及第二非安全工作区域的区域持续时长确定制氢系统的目标工作模式；和/或，在制氢系统的区域匹配结果处于第三非安全工作区域之时，根据第二预设时间阈值及第三非安全工作区域的区域持续时长确定制氢系统的目标工作模式；其中，目标工作模式包括非运行模式和运行模式。
可选地，预设分区参数包括下述至少一项：电解槽分区参数和系统分区参数，其中，电解槽分区参数包括但不限于：负荷率分区参数，及输入分区参数，典型地，输入分区参数包括：输入功率分区参数、输入电压分区参数及输入电流分区参数。。
可选地，该制氢系统控制装置100还包括：启动条件判断单元，用于获取预设检测启动条件，并根据电解槽温度参数、系统压力参数及预设检测启动条件确定是否启动执行分区检测控制。
实施例七
基于上述实施例，本发明实施例七提供了一种制氢系统工作区域的分区装置，用于执行上述实施例提供的制氢系统工作区域的分区方法，具备执行上述制氢系统工作区域的分区方法相应的功能模块和有益效果。
图9是本发明实施例七提供的一种制氢系统工作区域的分区装置的结构示意图。
如图9所示，该制氢系统工作区域的分区装置200包括：
参数设置单元201，用于获取多组预设运行参数，一组预设运行参数包括下述至少一项：预设电解槽参数和预设系统参数，其中，预设电解槽参数包括但不限于：预设电解槽负荷率或负载率，及预设电解槽输入电参数，典型地，预设电解槽输入电参数包括：预设输入功率、预设输入电压、预设输入电流、预设工作时长和预设电解槽温度参数；预设系统参数包括但不限于：预设系统压力参数。
运行控制单元202，用于根据预设运行参数控制制氢系统进入不同运行工况；
氢氧浓度采样单元203，用于获取不同运行工况下的氢氧浓度指标参数；
分区参数获取单元204，用于根据氢氧浓度指标参数确定预设分区参数；
分区执行单元205，用于根据预设分区参数确定至少两个工作区域；
其中，至少两个工作区域包括安全工作区域和至少一个非安全工作区域。
可选地，预设分区参数至少包括：第一分区参数阈值和第二分区参数阈值，第一分区参数阈值大于第二分区参数阈值；第一分区参数阈值用于划分安全工作区域与第一非安全工作区域，第二分区参数阈值用于划分第一非安全工作区域与第二非安全工作区域；其中，第一非安全工作区域的负载率高于第二非安全工作区域的负载率。
可选地，预设分区参数还包括：第三分区参数阈值，第三分区参数阈值小于第二分区参数阈值；第三分区参数阈值用于划分第二非安全工作区域与第三非安全工作区域；其中，第三非安全工作区域的负载率低于第二非安全工作区域的负载率。
应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发明中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本发明的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。
上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。
Claims (11)
1.一种制氢系统控制方法，其特征在于，包括：
获取至少两个工作区域的预设分区参数，所述预设分区参数根据所述制氢系统在多个不同运行工况下的氢氧浓度指标建立，所述至少两个工作区域包括安全工作区域和至少一个非安全工作区域；其中，所述安全工作区域是指，制氢系统长时间运行时，氢中氧和氧中氢浓度始终低于预设安全限值的工作区域；所述非安全工作区域是指，制氢系统运行一段时间后，氢中氧和氧中氢浓度高于预设安全限值的工作区域；所述预设分区参数包括下述至少一项：电解槽分区参数和系统分区参数；
获取所述制氢系统的系统运行参数和氢氧浓度检测参数，所述系统运行参数包括下述至少一项：电解槽参数和系统参数；
执行分区检测控制，根据所述系统运行参数和所述预设分区参数确定所述制氢系统的区域匹配结果，所述区域匹配结果包括实际工作区域及区域持续时长；
根据所述区域匹配结果及所述氢氧浓度检测参数对所述制氢系统进行控制；
所述根据所述区域匹配结果及所述氢氧浓度检测参数对所述制氢系统进行控制包括：当系统工作在安全工作区域时，根据氢中氧浓度检测参数和氧中氢浓度检测参数进行关联联锁，控制制氢系统进入非运行模式或者运行模式；当系统工作在非安全工作区域时，根据系统运行参数及氢氧浓度检测参数进行关联联锁，控制制氢系统进入非运行模式或者运行模式。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设分区参数包括：第一分区参数阈值和第二分区参数阈值，所述第一分区参数阈值大于所述第二分区参数阈值；
所述第一分区参数阈值用于划分安全工作区域与第一非安全工作区域，所述第二分区参数阈值用于划分第一非安全工作区域与第二非安全工作区域；
其中，所述安全工作区域的负载率高于所述第一非安全工作区域的负载率；所述第一非安全工作区域的负载率高于所述第二非安全工作区域的负载率。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述制氢系统的区域匹配结果处于第一非安全工作区域之时，根据所述区域匹配结果及所述氢氧浓度检测参数对所述制氢系统进行控制，包括：
获取预设氢中氧阈值参数和预设氧中氢阈值参数；
根据所述氢氧浓度检测参数、所述预设氢中氧阈值参数及所述预设氧中氢阈值参数确定所述制氢系统的目标工作模式，其中，所述目标工作模式包括非运行模式和运行模式；
根据所述目标工作模式控制所述制氢系统运行。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述预设分区参数还包括：第三分区参数阈值，所述第三分区参数阈值小于所述第二分区参数阈值；
所述第三分区参数阈值用于划分第二非安全工作区域与第三非安全工作区域；
其中，所述第三非安全工作区域的负载率低于所述第二非安全工作区域的负载率。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，根据所述区域匹配结果及所述氢氧浓度检测参数对所述制氢系统进行控制，还包括：
获取第一预设时间阈值和第二预设时间阈值，所述第一预设时间阈值大于所述第二预设时间阈值；
在所述制氢系统的区域匹配结果处于所述第二非安全工作区域之时，根据所述第一预设时间阈值及所述第二非安全工作区域的区域持续时长确定所述制氢系统的目标工作模式；和/或，
在所述制氢系统的区域匹配结果处于所述第三非安全工作区域之时，根据所述第二预设时间阈值及所述第三非安全工作区域的区域持续时长确定所述制氢系统的目标工作模式；
其中，所述目标工作模式包括非运行模式和运行模式。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于，在获取所述制氢系统的系统运行参数之后，所述方法还包括：
获取预设检测启动条件；
根据所述系统运行参数及所述预设检测启动条件确定是否启动执行分区检测控制。
7.一种制氢系统工作区域的分区方法，其特征在于，用于权利要求1-6中任一项所述的制氢系统控制方法，所述分区方法包括：
获取多组预设运行参数，一组所述预设运行参数包括下述至少一项：预设电解槽参数和预设系统参数；
根据所述预设运行参数控制所述制氢系统进入不同运行工况；
获取不同运行工况下的氢氧浓度指标参数；
根据所述氢氧浓度指标参数确定预设分区参数；
根据所述预设分区参数确定至少两个工作区域；
其中，所述至少两个工作区域包括安全工作区域和至少一个非安全工作区域。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述预设分区参数至少包括：第一分区参数阈值和第二分区参数阈值，所述第一分区参数阈值大于所述第二分区参数阈值；
所述第一分区参数阈值用于划分安全工作区域与第一非安全工作区域，所述第二分区参数阈值用于划分第一非安全工作区域与第二非安全工作区域；
其中，所述第一非安全工作区域的负载率高于所述第二非安全工作区域的负载率。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述预设分区参数还包括：第三分区参数阈值，所述第三分区参数阈值小于所述第二分区参数阈值；
所述第三分区参数阈值用于划分第二非安全工作区域与第三非安全工作区域；
其中，所述第三非安全工作区域的负载率低于所述第二非安全工作区域的负载率。
10.一种制氢系统控制装置，其特征在于，用于执行权利要求1-6中任一项所述的制氢系统控制方法，所述控制装置包括：
存储单元，用于获取至少两个工作区域的预设分区参数，所述预设分区参数根据所述制氢系统在多个不同运行工况下的氢氧浓度指标建立，所述至少两个工作区域包括安全工作区域和至少一个非安全工作区域；其中，所述安全工作区域是指，制氢系统长时间运行时，氢中氧和氧中氢浓度始终低于预设安全限值的工作区域；所述非安全工作区域是指，制氢系统运行一段时间后，氢中氧和氧中氢浓度高于预设安全限值的工作区域；所述预设分区参数包括下述至少一项：电解槽分区参数和系统分区参数；
检测单元，用于获取所述制氢系统的系统运行参数和氢氧浓度检测参数，所述系统运行参数包括下述至少一项：电解槽参数和系统参数；
工作区域匹配单元，用于根据所述系统运行参数和所述预设分区参数确定所述制氢系统的区域匹配结果，所述区域匹配结果包括实际工作区域及区域持续时长；
制氢控制单元，用于根据所述区域匹配结果及所述氢氧浓度检测参数对所述制氢系统进行控制；
所述根据所述区域匹配结果及所述氢氧浓度检测参数对所述制氢系统进行控制包括：当系统工作在安全工作区域时，根据氢中氧浓度检测参数和氧中氢浓度检测参数进行关联联锁，控制制氢系统进入非运行模式或者运行模式；当系统工作在非安全工作区域时，根据系统运行参数及氢氧浓度检测参数进行关联联锁，控制制氢系统进入非运行模式或者运行模式。
11.一种制氢系统工作区域的分区装置，其特征在于，用于执行权利要求7-9中任一项所述的制氢系统工作区域的分区方法，所述分区装置包括：
参数设置单元，用于获取多组预设运行参数，一组所述预设运行参数包括下述至少一项：预设电解槽参数和预设系统参数；
运行控制单元，用于根据所述预设运行参数控制所述制氢系统进入不同运行工况；
氢氧浓度采样单元，用于获取不同运行工况下的氢氧浓度指标参数；
分区参数获取单元，用于根据所述氢氧浓度指标参数确定预设分区参数；
分区执行单元，用于根据所述预设分区参数确定至少两个工作区域；
其中，所述至少两个工作区域包括安全工作区域和至少一个非安全工作区域。
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