CN115360690B - 一种新能源制氢系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及制氢技术领域，提供了一种新能源制氢系统及方法，该新能源制氢系统包括服务器、制氢设备、直流母线以及多个新能源发电设备，多个新能源发电设备通过直流母线与制氢设备并联连接，服务器用于获取每个新能源发电设备的历史输出功率，根据历史输出功率获取每个新能源发电设备的子输出功率曲线，根据每个新能源发电设备的子输出功率曲线获取多个新能源发电设备的总输出功率曲线，根据总输出功率曲线计算制氢设备在预设时间段内的预测制氢量。本发明可以计算出制氢设备在预设时间段内的预测制氢量，为制氢设备的参数调控以及后续的氢气存储提供数据参考，方便对制氢设备以及新能源发电设备进行监控。

Description

一种新能源制氢系统及方法
技术领域
本发明涉及制氢技术领域，具体而言，涉及一种新能源制氢系统及方法。
背景技术
近几年，随着光伏、风电等新能源技术的发展以及成本的持续降低，使得新能源水电解制氢逐步走向商业化，不仅电源是绿色能源，而且可以持续降低电解的高昂电费成本，是未来最有潜力的制氢方式。
申请人经过检索发现一些典型的现有技术，如申请号为202210503857.X的中国专利申请公开了一种新能源制氢系统及变功率制氢控制方法，其有效减小了新能源发电系统出力波动对制氢系统的影响。又如申请号为201910631093.0的中国专利申请公开了一种新能源制氢系统，其用电网为新能源电源提供补充或者消纳，使电解设备的供电功率稳定，避免了电能过剩时电解槽无法消耗而带来的电能浪费。再如申请号为202011551069.5的中国专利申请公开了一种新能源制氢系统及其控制方法，其避免了现有技术中需为新能源制氢系统配置储能设备来改善功率出力的问题，减少了新能源制氢系统中储能设备的配置成本。
由此可见，对于新能源制氢系统在在实际应用中亟待处理的许多实际问题（比如如何预测制氢量等），还存在许多未提出的技术方案。
发明内容
基于此，为了预测制氢系统的制氢量，本发明提供了一种新能源制氢系统及方法，其具体技术方案如下：
一种新能源制氢系统，包括服务器、制氢设备、直流母线以及多个新能源发电设备，多个新能源发电设备通过直流母线与制氢设备并联连接，所述服务器用于：
获取每个新能源发电设备的历史输出功率；
根据历史输出功率获取每个新能源发电设备的子输出功率曲线；
根据每个新能源发电设备的子输出功率曲线获取多个新能源发电设备的总输出功率曲线；
根据总输出功率曲线计算制氢设备在预设时间段内的预测制氢量。
所述新能源制氢系统通过获取多个新能源发电设备的总输出功率曲线，根据总输出功率曲线，可以计算出制氢设备在预设时间段内的预测制氢量，为制氢设备的参数调控以及后续的氢气存储提供数据参考，方便对制氢设备以及新能源发电设备进行监控。
进一步地，所述服务器还用于计算多个新能源发电设备在下一时间段内的预测输出总功率值，根据制氢设备的额定功率以及多个新能源发电设备在下一时间段内的预测输出总功率值生成调节指令。
进一步地，所述服务器根据公式
Figure 17992DEST_PATH_IMAGE001
计算多个新能源发电设备 在下一时间段内的预测输出总功率值，若
Figure 319661DEST_PATH_IMAGE002
，则生成调节指令并驱动至少一个 新能源发电设备进行分闸操作；
其中，
Figure 149077DEST_PATH_IMAGE003
表示新能源发电设备的数量，
Figure 801775DEST_PATH_IMAGE004
表示第
Figure 233893DEST_PATH_IMAGE005
个新能源发电设备的实时输出 功率，
Figure 655647DEST_PATH_IMAGE006
表示第
Figure 655964DEST_PATH_IMAGE005
个新能源发电设备在下一时间段内的预测输出功率变化量，
Figure 264800DEST_PATH_IMAGE007
表示 制氢设备的额定功率。
进一步地，所述服务器还用于根据限定公式
Figure 703872DEST_PATH_IMAGE008
驱动处在正常分闸状 态的新能源发电设备进行重合闸操作。
一种新能源制氢方法，其包括如下步骤：
获取每个新能源发电设备的历史输出功率；
根据历史输出功率获取每个新能源发电设备的子输出功率曲线；
根据每个新能源发电设备的子输出功率曲线获取多个新能源发电设备的总输出功率曲线；
根据总输出功率曲线计算制氢设备在预设时间段内的预测制氢量。
进一步地，所述新能源制氢方法还包括如下步骤：
服务器计算多个新能源发电设备在下一时间段内的预测输出总功率值，根据制氢设备的额定功率以及多个新能源发电设备在下一时间段内的预测输出总功率值生成调节指令。
进一步地，服务器计算多个新能源发电设备在下一时间段内的预测输出总功率值，根据制氢设备的额定功率以及多个新能源发电设备在下一时间段内的预测输出总功率值生成调节指令的具体方法包括如下步骤：
服务器根据公式
Figure 291717DEST_PATH_IMAGE001
计算多个新能源发电设备在下一时间段 内的预测输出总功率值，若
Figure 243361DEST_PATH_IMAGE002
，则生成调节指令并驱动至少一个新能源发电设 备进行分闸操作；
其中，
Figure 667389DEST_PATH_IMAGE003
表示新能源发电设备的数量，
Figure 113414DEST_PATH_IMAGE004
表示第
Figure 493449DEST_PATH_IMAGE005
个新能源发电设备的实时输出 功率，
Figure 101148DEST_PATH_IMAGE006
表示第
Figure 684576DEST_PATH_IMAGE005
个新能源发电设备在下一时间段内的预测输出功率变化量，
Figure 199871DEST_PATH_IMAGE007
表示 制氢设备的额定功率。
进一步地，所述新能源制氢方法还包括如下步骤：
服务器根据限定公式
Figure 263773DEST_PATH_IMAGE008
驱动处在正常分闸状态的新能源发电设备进 行重合闸操作。
附图说明
从以下结合附图的描述可以进一步理解本发明。图中的部件不一定按比例绘制，而是将重点放在示出实施例的原理上。在不同的视图中，相同的附图标记指定对应的部分。
图1是本发明一实施例中一种新能源制氢系统的整体结构示意图；
图2是本发明一实施例中一种新能源制氢方法的整体流程示意图。
具体实施方式
为了使得本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合其实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
本发明中所述“第一”、“第二”不代表具体的数量及顺序，仅仅是用于名称的区分。
如图1所示，本发明一实施例中的一种新能源制氢系统，包括服务器、制氢设备、直流母线以及多个新能源发电设备，多个新能源发电设备通过直流母线与制氢设备并联连接，所述服务器用于：
获取每个新能源发电设备的历史输出功率；
根据历史输出功率获取每个新能源发电设备的子输出功率曲线；
根据每个新能源发电设备的子输出功率曲线获取多个新能源发电设备的总输出功率曲线；
根据总输出功率曲线计算制氢设备在预设时间段内的预测制氢量。
具体而言，制氢设备包括电解槽，直流母线与电解槽的电解输入端电连接。通过将直流电输入值电解槽进行电解制氢操作。
所述新能源发电设备包括但不限于风力发电设备、太阳能发电设备以及海洋能发电设备。
由于制氢设备、新能源发电设备均属于本领域常规技术，故而在此不再赘述。
获取每个新能源发电设备的历史输出功率后，对历史输出功率进行拟合以获取拟合曲线。该拟合曲线，即是子输出功率曲线。
在获取子输出功率曲线后，再根据子输出功率曲线，获取多个时间点的预测功率值。即是说，通过所述子输出功率曲线，可以获取多个时间点的预测功率值。
对多个新能源发电设备相同时间点所对应的预测功率值进行叠加后，再对叠加后的多个时间点的预测功率值进行拟合，即可以得到多个新能源发电设备的总输出功率曲线。
由于制氢设备的制氢速率与输入功率成正比，多个新能源发电设备的总输出功率即为制氢设备的输入功率，故而在获取多个新能源发电设备的总输出功率曲线，可以根据总输出功率曲线计算制氢设备在预设时间段内的预测制氢量。
所述预设时间段，指的是未来一段预设时间，比如当下时刻为t0，则预设时间段可以为[t0,t0+t1]。
在[t0,t0+t1]，t1表示预设时间段的长度，t0表示预设时间段的起始时刻，t0+t1表示预设时间段的结束时刻。
假如多个新能源发电设备的总输出功率曲线为f(t),则可得制氢设备的制氢速率为ω*f(t)。ω表示制氢设备的制氢速率与输入功率之间的比例系数。
制氢设备在预设时间段内的预测制氢量，即为制氢设备的制氢速率在预设时间段 内对时间的积分值。即是说，制氢设备在预设时间段内的预测制氢量
Figure 573531DEST_PATH_IMAGE009
；其中，
Figure 909835DEST_PATH_IMAGE010
表示预设时间段的起始时刻，
Figure 166504DEST_PATH_IMAGE011
表示预设时间段的结束时刻。
所述新能源制氢系统通过获取多个新能源发电设备的总输出功率曲线，根据总输出功率曲线，可以计算出制氢设备在预设时间段内的预测制氢量，为制氢设备的参数调控以及后续的氢气存储提供数据参考，方便对制氢设备以及新能源发电设备进行监控。
在其中一个实施例中，所述新能源发电设备包括发电单元。发电单元用于将可再生能源转换成电能并将所述电能转换成直流电。
发电单元包括用来将可再生能源比如太阳能或者风能转换为电能的转换组件以及对电能进行直流转换的直流模块。直流模块通过对电能进行直流转换后与直流母线电连接。
由于发电单元以属于本领域常规技术手段，故而在此不再赘述。
所述服务器还用于计算多个新能源发电设备在下一时间段内的预测输出总功率值，根据制氢设备的额定功率以及多个新能源发电设备在下一时间段内的预测输出总功率值生成调节指令。
具体而言，所述服务器根据公式
Figure 271863DEST_PATH_IMAGE001
计算多个新能源发电设备 在下一时间段内的预测输出总功率值，若
Figure 752523DEST_PATH_IMAGE002
，则生成调节指令并驱动至少一个 新能源发电设备进行分闸操作。
发电单元通过断路器与直流母线进行电连接。优选地，可以将断路器安装在直流模块与直流母线之间。断路器具有自动分闸以及重合闸功能，服务器与断路器通信连接且通过驱动断路器分闸以及重合闸分别完成新能源设备的分闸以及重合闸操作。
其中，
Figure 372860DEST_PATH_IMAGE003
表示新能源发电设备的数量，
Figure 495537DEST_PATH_IMAGE004
表示第
Figure 157200DEST_PATH_IMAGE005
个新能源发电设备的实时输出 功率，
Figure 385925DEST_PATH_IMAGE006
表示第
Figure 696821DEST_PATH_IMAGE005
个新能源发电设备在下一时间段内的预测输出功率变化量，
Figure 295292DEST_PATH_IMAGE007
表示 制氢设备的额定功率。
新能源发电设备在下一时间段内的预测输出功率变化量的具体获取方法为：获取新能源发电设备在上一时间段内的实时输出功率变化量，并以上一时间段内的实时输出功率变化量作为下一时间段内的预测输出功率变化量；上一个时间段与下一个时间段具有相等的时间长度。
生成调节指令并驱动至少一个新能源发电设备进行分闸操作的具体方法可以为：随机驱动若干个新能源发电设备进行分闸操作直至多个新能源发电设备在下一时间段内的预测输出总功率值小于制氢设备的额定功率，又或者根据新能源发电设备输出功率的大小，由小到大逐一驱动若干个新能源发电设备进行分闸操作直至多个新能源发电设备在下一时间段内的预测输出总功率值小于制氢设备的额定功率。
本发明通过公式
Figure 231368DEST_PATH_IMAGE001
计算多个新能源发电设备在下一时间段 内的预测输出总功率值，可以提前预测到多个新能源设备在下一时间段内的预测输出总功 率值是否会超出制氢设备的额定功率，避免了在多个新能源发电设备总实时输出功率大于 制氢设备的额定功率才驱动新能源发电设备进行分闸操作，而导致制氢设备损坏的问题。
由于自然能源的不稳定，新能源发电设备输出功率也会处在波动状态中。而制氢设备具有额定功率，一旦输入功率超过额定功率，则容易损坏制氢设备。为此，需要对多个新能源发电设备的输出总功率进行监控与调整，避免制氢设备的输入功率超过额定功率。
在本发明中，所述制氢系统根据公式
Figure 647306DEST_PATH_IMAGE001
计算多个新能源发电 设备在下一时间段内的预测输出总功率值，若
Figure 914340DEST_PATH_IMAGE002
，则生成调节指令并驱动至少 一个新能源发电设备进行分闸操作，可以使得制氢设备的输入功率小于额定功率，对制氢 设备进行监控保护，避免损坏。
在其中一个实施例中，所述服务器还用于根据限定公式
Figure 113240DEST_PATH_IMAGE008
驱动处在 正常分闸状态的新能源发电设备进行重合闸操作。
在生成调节指令并驱动至少一个新能源发电设备进行分闸操作后，多个新能源发 电设备在下一时间段内的预测输出总功率值可能已经小于制氢设备的额定功率。此时，根 据限定公式
Figure 747283DEST_PATH_IMAGE008
驱动处在正常分闸状态的新能源发电设备进行重合闸操作，使 得制氢设备的输入功率尽可能接近额定功率，可以在保证制氢设备的输入功率小于额定功 率，对制氢设备进行监控保护，避免损坏的基础上，提高新能源制氢系统的制氢效率。
优选地，所述服务器还用于通过公式
Figure 271805DEST_PATH_IMAGE012
计算多个新能源发电设备的实时 输出总功率值，并在实时输出总功率值
Figure 88451DEST_PATH_IMAGE013
小于制氢设备的额定功率时，根据限定公式
Figure 356622DEST_PATH_IMAGE008
驱动处在正常分闸状态的新能源发电设备进行重合闸操作。如此，可以在使 得制氢设备的输入功率尽可能接近额定功率，可以在实时输出总功率值
Figure 880007DEST_PATH_IMAGE013
小于制氢设备 的额定功率的情况下，保证制氢设备的输入功率小于额定功率，对制氢设备进行监控保护， 避免损坏的基础上，提高新能源制氢系统的制氢效率
如图2所示，一种新能源制氢方法，其包括如下步骤：
S1，获取每个新能源发电设备的历史输出功率；
S2，根据历史输出功率获取每个新能源发电设备的子输出功率曲线；
S3，根据每个新能源发电设备的子输出功率曲线获取多个新能源发电设备的总输出功率曲线；
S4，根据总输出功率曲线计算制氢设备在预设时间段内的预测制氢量。
所述新能源制氢方法通过获取多个新能源发电设备的总输出功率曲线，根据总输出功率曲线，可以计算出制氢设备在预设时间段内的预测制氢量，为制氢设备的参数调控以及后续的氢气存储提供数据参考，方便对制氢设备以及新能源发电设备进行监控。
在其中一个实施例中，所述新能源制氢方法还包括如下步骤：
服务器计算多个新能源发电设备在下一时间段内的预测输出总功率值，根据制氢设备的额定功率以及多个新能源发电设备在下一时间段内的预测输出总功率值生成调节指令。
具体而言，服务器计算多个新能源发电设备在下一时间段内的预测输出总功率值，根据制氢设备的额定功率以及多个新能源发电设备在下一时间段内的预测输出总功率值生成调节指令的具体方法包括如下步骤：
服务器根据公式
Figure 247534DEST_PATH_IMAGE001
计算多个新能源发电设备在下一时间段 内的预测输出总功率值，若
Figure 754739DEST_PATH_IMAGE002
，则生成调节指令并驱动至少一个新能源发电设 备进行分闸操作；
其中，
Figure 872605DEST_PATH_IMAGE003
表示新能源发电设备的数量，
Figure 516076DEST_PATH_IMAGE004
表示第
Figure 320084DEST_PATH_IMAGE005
个新能源发电设备的实时输出 功率，
Figure 49006DEST_PATH_IMAGE006
表示第
Figure 721296DEST_PATH_IMAGE005
个新能源发电设备在下一时间段内的预测输出功率变化量，
Figure 484852DEST_PATH_IMAGE007
表示 制氢设备的额定功率。
本发明通过公式
Figure 990920DEST_PATH_IMAGE001
计算多个新能源发电设备在下一时间段 内的预测输出总功率值，可以提前预测到多个新能源设备在下一时间段内的预测输出总功 率值是否会超出制氢设备的额定功率，避免了在多个新能源发电设备总实时输出功率大于 制氢设备的额定功率才驱动新能源发电设备进行分闸操作，而导致制氢设备损坏的问题
在其中一个实施例中，所述新能源制氢方法还包括如下步骤：
服务器根据限定公式
Figure 410400DEST_PATH_IMAGE008
驱动处在正常分闸状态的新能源发电设备进 行重合闸操作。
根据限定公式
Figure 507886DEST_PATH_IMAGE008
驱动处在正常分闸状态的新能源发电设备进行重合 闸操作，使得制氢设备的输入功率尽可能接近额定功率，可以在保证制氢设备的输入功率 小于额定功率，对制氢设备进行监控保护，避免损坏的基础上，提高新能源制氢系统的制氢 效率。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (4)

1.一种新能源制氢系统，包括服务器、制氢设备、直流母线以及多个新能源发电设备，多个新能源发电设备通过直流母线与制氢设备并联连接，其特征在于，所述服务器用于：
获取每个新能源发电设备的历史输出功率；
根据历史输出功率获取每个新能源发电设备的子输出功率曲线；
根据每个新能源发电设备的子输出功率曲线获取多个新能源发电设备的总输出功率曲线；
根据总输出功率曲线计算制氢设备在预设时间段内的预测制氢量；
服务器还用于计算多个新能源发电设备在下一时间段内的预测输出总功率值，根据制氢设备的额定功率以及多个新能源发电设备在下一时间段内的预测输出总功率值生成调节指令；
其中，所述服务器根据公式
Figure 421419DEST_PATH_IMAGE001
计算多个新能源发电设备在下一时 间段内的预测输出总功率值，若
Figure 467611DEST_PATH_IMAGE002
，则生成调节指令并驱动至少一个新能源发 电设备进行分闸操作；
其中，
Figure 700009DEST_PATH_IMAGE003
表示新能源发电设备的数量，
Figure 206077DEST_PATH_IMAGE004
表示第
Figure 625557DEST_PATH_IMAGE005
个新能源发电设备的实时输出功率，
Figure 242483DEST_PATH_IMAGE006
表示第
Figure 329387DEST_PATH_IMAGE005
个新能源发电设备在下一时间段内的预测输出功率变化量，
Figure 6356DEST_PATH_IMAGE007
表示制氢 设备的额定功率。
2.如权利要求1所述的一种新能源制氢系统，其特征在于，所述服务器还用于根据限定 公式
Figure 913132DEST_PATH_IMAGE008
驱动处在正常分闸状态的新能源发电设备进行重合闸操作。
3.一种新能源制氢方法，其特征在于，应用在如权利要求1-2任一项所述的新能源制氢系统中，包括如下步骤：
获取每个新能源发电设备的历史输出功率；
根据历史输出功率获取每个新能源发电设备的子输出功率曲线；
根据每个新能源发电设备的子输出功率曲线获取多个新能源发电设备的总输出功率曲线；
根据总输出功率曲线计算制氢设备在预设时间段内的预测制氢量；
还包括如下步骤：
服务器计算多个新能源发电设备在下一时间段内的预测输出总功率值，根据制氢设备的额定功率以及多个新能源发电设备在下一时间段内的预测输出总功率值生成调节指令；
其中，服务器计算多个新能源发电设备在下一时间段内的预测输出总功率值，根据制氢设备的额定功率以及多个新能源发电设备在下一时间段内的预测输出总功率值生成调节指令的具体方法包括如下步骤：
服务器根据公式
Figure 68170DEST_PATH_IMAGE001
计算多个新能源发电设备在下一时间段内的 预测输出总功率值，若
Figure 275161DEST_PATH_IMAGE002
，则生成调节指令并驱动至少一个新能源发电设备进 行分闸操作；
其中，
Figure 123031DEST_PATH_IMAGE003
表示新能源发电设备的数量，
Figure 782682DEST_PATH_IMAGE004
表示第
Figure 475832DEST_PATH_IMAGE005
个新能源发电设备的实时输出功率，
Figure 770285DEST_PATH_IMAGE006
表示第
Figure 789056DEST_PATH_IMAGE005
个新能源发电设备在下一时间段内的预测输出功率变化量，
Figure 936004DEST_PATH_IMAGE007
表示制氢 设备的额定功率。
4.如权利要求3所述的一种新能源制氢方法，其特征在于，所述新能源制氢方法还包括如下步骤：
服务器根据限定公式
Figure 432844DEST_PATH_IMAGE008
驱动处在正常分闸状态的新能源发电设备进行重 合闸操作。
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