CN116109037A - 电解水制氢计划制定方法及装置、介质、设备 - Google Patents

电解水制氢计划制定方法及装置、介质、设备 Download PDF

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Abstract

本发明实施例提供了一种电解水制氢计划制定方法及装置、介质、设备，方法包括：获取各个供电线路在各个时间段内的电价和电力容量，将各个时间段内各自的最低电价形成最低电价序列，将各个时间段内各自的最低电价对应的供电线路的电力容量形成电力容量序列；根据最低电价序列、电力容量序列和电解槽的额定功率，构造目标函数，目标函数中的变量为各个时间段内的电解槽启停时刻，目标函数的优化目标为各个时间段的制氢总电力成本最低；根据生产目标和氢气储罐的储存量限值中的至少一项，确定约束条件；根据约束条件，确定目标函数的最优解根据最优解中各个时间段内的电解槽启停时刻生成制氢计划。本发明可以使得制氢所需的电力成本降到最低。

Description

电解水制氢计划制定方法及装置、介质、设备
技术领域
本发明涉及制氢技术，特别涉及一种电解水制氢计划制定方法及装置、介质、设备。
背景技术
当前电解水制氢企业的主要生产成本来自于电力成本，电力往往来自多条供电线路，包括光伏、风电等新能源发电设施，而且不同发电技术特点决定了各条供电线路在不同时间段内的电力容量、电价等发生变化。为了降低制氢企业的用电成本，有必要制定制氢计划用来指导制氢企业的制氢生产活动。
发明内容
本发明实施例提供了一种电解水制氢计划制定方法及装置、介质、设备，可以降低企业的制氢用电成本。
根据第一方面，本发明一个实施例提供的电解水制氢计划制定方法，包括：
获取各个供电线路在各个时间段内的电价和电力容量，将各个时间段内各自的最低电价形成最低电价序列，将各个时间段内各自的最低电价对应的供电线路的电力容量形成电力容量序列；
根据所述最低电价序列、所述电力容量序列和电解槽的额定功率，构造目标函数，所述目标函数中的变量为各个时间段内的电解槽启停时刻，所述目标函数的优化目标为各个时间段的制氢总电力成本最低；
根据生产目标和氢气储罐的储存量限值中的至少一项，确定约束条件；
根据所述约束条件，确定所述目标函数的最优解，并根据所述最优解中各个时间段内的电解槽启停时刻，生成制氢计划。
根据第二方面，本发明一个实施例提供的电解水制氢计划制定装置，包括：
数据获取模块，用于获取各个供电线路在各个时间段内的电价和电力容量，将各个时间段内各自的最低电价形成最低电价序列，将各个时间段内各自的最低电价对应的供电线路的电力容量形成电力容量序列；
函数确定模块，用于根据所述最低电价序列、所述电力容量序列和电解槽的额定功率，构造目标函数，所述目标函数中的变量为各个时间段内的电解槽启停时刻，所述目标函数的优化目标为各个时间段的制氢总电力成本最低；
约束确定模块，用于根据生产目标和氢气储罐的储存量限值中的至少一项，确定约束条件；
函数求解模块，用于根据所述约束条件，确定所述目标函数的最优解，并根据所述最优解中各个时间段内的电解槽启停时刻，生成制氢计划。
根据第三方面，本发明一个实施例提供的计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，当所述计算机程序在计算机中执行时，令计算机执行实现第一方面提供的方法。
根据第四方面，本发明一个实施例提供的计算设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有可执行代码，所述处理器执行所述可执行代码时，实现第一方面提供的方法。
本发明实施例提供的电解水制氢计划制定方法及装置、介质、设备，各自或者组合后至少具有如下技术效果：
(1)首先将各个时间段内各自的最低电价形成最低电价序列，将各个时间段内各自的最低电价对应的供电线路的电力容量形成电力容量序列，然后依据所述最低电价序列、所述电力容量序列和电解槽的额定功率，构造目标函数，该目标函数的优化目标为各个时间段的制氢总电力成本最低，接着依据生产目标和氢气储罐的储存量限值中的至少一项，确定约束条件，根据所述约束条件确定所述目标函数的最优解，并根据所述最优解中各个时间段内的电解槽启停时刻，生成制氢计划。由于优化目标为各个时间段的制氢总电力成本最低，因此依据最优解中的各个时间段内的电解槽启停时刻所生成的制氢计划可以使得制氢总电力成本降到最低，减少企业的生产成本。
(2)在一个实施例中，根据生产目标对各个时间段的制氢总量设置第一约束条件，使得在最小化制氢总成本的同时也要能够达到预定的生产目标。由于生产的氢气通过氢气储罐储存，考虑到标准气体密度和成分含量、容器压力限制等条件，氢气储罐具有储存量限值，因此可以在每一个时间段根据氢气储罐的储存量限值设置第二约束条件，以保证氢气储罐的氢气储量在储存量限值以内，以保证存储的安全性。
(3)在一个实施例中，根据每一个电解槽的电解能力为每一个电解槽分配生产子目标、储存分限值、氢气消耗分速度后，确定每一个电解槽的约束条件，进而依据约束条件和目标函数，确定每一个电解槽在各个时间段内的启停时刻，进而得到每一个电解槽的制氢计划，从而实现依据每一个电解槽的电解能力为每一个电解槽制定合适的制氢计划。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，还可以基于这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一个实施例中电解水制氢计划制定方法的流程示意图；
图2是本发明一个实施例中电解水制氢计划制定装置的结构框图。
附图标记：
S110～S140 步骤
200 电解水制氢计划制定装置
210 数据获取模块
220 函数确定模块
230 约束确定模块
240 函数求解模块
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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的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。
本发明一个实施例提供一种电解水制氢计划制定方法，参见图1，该方法包括如下步骤S110～S140：
S110、获取各个供电线路在各个时间段内的电价和电力容量，并将各个时间段内各自的最低电价形成最低电价序列，将各个时间段内各自的最低电价对应的供电线路的电力容量形成电力容量序列；
例如，某个制氢企业的供电电路有三条，不同的供电线路在同一个时间段内有不同的电价、电力容量等。其中第i个供电线路的电价波动情况参见如下：
Figure BDA0004073966420000041
可见，每一条供电电路在峰时、平时、谷时的电价是不同的。
Figure BDA0004073966420000043
Figure BDA0004073966420000044
分别为峰时Ti0＜t≤Ti1、平时Ti1＜t≤Ti2、谷时Ti2＜t≤Ti3三个时间段内的电价。
第i个供电线路的电力容量波动情况参见如下：
Figure BDA0004073966420000042
可见，每一条供电电路在峰时、平时、谷时的电力容量是不同的。
Figure BDA0004073966420000045
Figure BDA0004073966420000046
分别为峰时Ti0＜t≤Ti1、平时Ti1＜t≤Ti2、谷时Ti2＜t≤Ti3三个时间段内的电力容量。
可理解的是，由于有多条供电线路，而每一条供电线路的电价在不同的时间段是不同的，因此针对每一个时间段在各个供电线路的电价中选取出最低电价，将各个时间段对应的最低电价形成一个时间序列即最低电价序列。
其中，时间段的数量可以根据电价而设置，例如，电价的波动分为峰时、平时、谷时，则可以将一天分为三个时间段。当然也可以更为细化，例如，将一天分为6个时间段，具体分为多少个时间段可以根据实际需求而定。
可理解的是，最低电价序列中的每一个最低电价为对应时间段内各个供电线路的电价中的最低电价，因此可以将各个时间段各自的最低电价对应的供电线路的电力容量也可以形成一个时间序列即电力容量序列。最低电价序列中的各个最低电价和电力容量序列中的各个电力容量是一一对应的，且对应同一个供电线路。
S120、根据所述最低电价序列、所述电力容量序列和电解槽的额定功率，构造目标函数，所述目标函数中的变量为各个时间段内的电解槽启停时刻，所述目标函数的优化目标为各个时间段的制氢总电力成本最低；
可理解的是，目标函数的变量为在各个时间段内的电解槽启停时刻，优化目标为一天的制氢总电力成本最低，即通过寻找各个时间段内的电解槽启停时刻的最优解，使得一天的制氢总电力成本达到最低。
在一个实施例中，所述目标函数可以为：
Figure BDA0004073966420000051
式中，i为时间段的编号，m为时间段的数量，pricei为所述最低电价序列中第i个时间段对应的最低电价，ei为第i个时间段内电解槽的停机时刻，si为第i个时间段内电解槽的启动时刻，power(t)为第i个时间段对应的最低电价对应的供电线路的电力容量，ratedpower为所述电解槽的额定功率。
从上述目标函数可知，将各个时间段的最低电力成本之和最小化作为优化目标。
S130、根据生产目标和氢气储罐的储存量限值中的至少一项，确定约束条件；
可理解的是，在最小化制氢总成本的同时也要能够达到预定的生产目标，生产目标即一天的各个时间段制造的氢气的总量。因此可以根据生产目标对各个时间段的制氢总量设置约束条件。
可理解的是，生产的氢气通过氢气储罐储存，考虑到标准气体密度和成分含量、容器压力限制等条件，氢气储罐具有储存量限值，因此可以在每一个时间段根据氢气储罐的储存量限值设置约束条件Mmin<M<Mmax。
其中，生产目标、氢气储罐的储存量限值等参数可以通过用户输入而得到。
在一个实施例中，S130可以包括：
S131、确定所述电解槽的单位制氢能耗；其中，所述单位制氢能耗为所述电解槽制作单位重量的氢气所需的能耗；
例如，单位制氢能耗为一个电解槽制作1kg的氢气所需的能耗。
可理解的是，单位制氢能耗可以通过在连续生产阶段的历史数据计算得到。
S132、根据所述生产目标、所述电力容量序列、所述额定功率和所述单位制氢能耗，确定第一约束条件，所述第一约束条件为各个时间段的制氢总量满足所述生产目标。
可理解的是，第一约束条件为一天中的各个时间段的制氢总量需要达到生产目标对应的约束条件。
在一个实施例中，S132中的第一约束条件可以为：
Figure BDA0004073966420000061
式中，Mdaytask为所述生产目标，i为时间段的编号，m为时间段的数量，ei为第i个时间段内电解槽的停机时刻，si为第i个时间段内电解槽的启动时刻，power(t)为第i个时间段对应的最低电价对应的供电线路的电力容量，ratedpower为所述电解槽的额定功率，P2H为所述单位制氢能耗。
其中，m为时间段的数量，例如，m为6。
可见，在第一约束条件中各个时间段的最低制氢总量需要大于等于生产目标，从而保证最后得到的制氢计划能够满足生产目标需要。
在一个实施例中，S130可以包括：
S133、确定所述氢气储罐的初始储量和下游管线的氢气消耗速度；
其中，氢气储罐的初始储量为在这一天的生产工作之前氢气储罐中的氢气重量。
其中，氢气储罐的氢气储量一方面来源于氢气的制造，使得氢气储罐中的氢气储量不断增加，另一方面来源于下游管线对氢气的消耗，通过这两方面，使得氢气储罐中的氢气剩余储量为：
M＝Minit+∫(min–mout)dt
式中，M为氢气储罐中的氢气剩余储量，Minit为氢气储罐的初始储量，min为在单位时间内氢气的制造速度，mout为在单位时间内氢气的消耗速度。可以依据下游管线的输送计划定义氢气消耗速度函数。例如，如果是稳定消耗即下游管线以稳定的速度向下游输送氢气，则设定mout(t)＝Mpipeline。
S134、根据所述初始储量、所述储存量上限、所述储存量下限、各个时间段内各自的最低电价对应的供电线路的电力容量、所述额定功率、所述单位制氢能耗和所述氢气消耗速度，确定第二约束条件，所述第二约束条件为每一个时间段内所述氢气储罐的储存量在所述存储量上限和所述存储量下限之间。
可理解的是，可以针对每一个时间段设置第二约束条件，每一个时间段对应的第二约束条件有两个，一个条件是：结束一个时间段的制氢工作后，氢气储罐中的氢气量要小于氢气储罐的储存量上限，一个条件是：在下一个时间段的制氢工作开始之前，氢气储罐中的氢气量要大于氢气储罐的储存量下限。
在一个实施例中，第i个时间段对应的第二约束条件可以包括：
Figure BDA0004073966420000071
Figure BDA0004073966420000072
式中，Minit为氢气储罐的初始储量；j为当前时间段的编号，j小于等于m，sm+1为24，m为时间段的数量；ei为第i个时间段内电解槽的停机时刻，si为第i个时间段内电解槽的启动时刻，power(t)为第i个时间段对应的最低电价对应的供电线路的电力容量，ratedpower为所述电解槽的额定功率，P2H为所述单位制氢能耗，Mpipeline为所述氢气消耗速度，Mmax为所述氢气储罐的储存量上限，Mmin为所述氢气储罐的储存量下限。
可见，针对每一个时间段可以设置两个第二约束条件，如果将一天分为m个时间段，则一共有m*2个第二约束条件。
至此，确定了至少一个相关的约束条件。
S140、根据所述约束条件，确定所述目标函数的最优解，并根据所述最优解中各个时间段内的电解槽启停时刻，生成制氢计划。
可理解的是，在确定好目标函数和约束条件后，可以根据约束条件寻找目标函数的最优解，得到的最优解为各个时间段内电解槽启停时刻，进而根据各个时间段的电解槽启停时刻对氢气的生产过程进行安排，得到制氢计划。
举例来说，将一天分为6个时间段，各个时间段对应的最低电价形成的最低电价序列为：{Price1,Price2,Price3,Price4,Price5,Price6}，各个时间段的切换时间节点:0<T1<T2<T3<T4<T5<24。在每一个时间段内有启停时刻，具体为：
0<s1<＝e1<＝T1
T1<s2<＝e2<＝T2
T2<s3<＝e3<＝T3
T3<s4<＝e4<＝T4
T4<s5<＝e5<＝T5
T5<s6<＝e6<＝24
式中，在第一个时间段内，电解槽的启动时刻为s1，电解槽的停机时刻为e1。s2、e2为第二个时间段内的启停时刻，s3、e3为第三个时间段内的启停时刻，s4、e4为第四个时间段内的启停时刻，s5、e5为第五个时间段内的启停时刻，s6、e6为第六个时间段内的启停时刻。
基于6个时间段构建的目标函数为：
Figure BDA0004073966420000081
接着，构造的第一约束条件为：
Figure BDA0004073966420000082
接着，构造的第二约束条件为：
Minit+(ei-si)*min(power(t),ratedpower)/P2H-Mpipeline*e1＜Mmax
Minit+(ei-si)*min(power(t),ratedpower)/P2H-Mpipeline*s2＞Mmin
Figure BDA0004073966420000083
Figure BDA0004073966420000084
Figure BDA0004073966420000085
Figure BDA0004073966420000086
Figure BDA0004073966420000087
Figure BDA0004073966420000088
Figure BDA0004073966420000089
Figure BDA00040739664200000810
Figure BDA0004073966420000091
Figure BDA0004073966420000092
通过以上13个约束条件对目标函数寻优，得到最优解，进而得到上述6对启停时刻。
可理解的是，考虑到气体压缩机、送水泵、冷却器等运行方式，电解槽在工作时可以满负荷运行，这样有助于减少运行时间，降低综合能耗。
在一个实施例中，本发明实施例提供的方法还可以包括如下步骤：
判断所述制氢计划中第i+1个时间段内的启动时刻与第i个时间段内的停机时刻之间的时间差是否大于预设时间长度；
若是，则在第i个时间段内的停机时刻使所述电解槽停机，且在第i+1个时间段内的启动时刻之前加入冷启动计划，以使所述电解槽在第i+1个时间段内的启动时刻通过冷启动方式启动完成；
否则，在第i个时间段的停机时刻之后通过当前最低电价对应的供电电路保持所述电解槽为待机状态直到第i+1个时间段内的启动时刻；
其中，预设时间长度为：Poweri Coldstart*Ti Coldstart/Poweri Standby，Poweri Coldstart为所述电解槽的冷启动功率，Ti Coldstart为所述电解槽的冷启动时长，Poweri Standby为所述电解槽的待机功率。
也就是说，在生成制氢计划之后，针对每一个i，计算制氢计划中第i+1个时间段内的启动时刻与第i个时间段内的停机时刻之间的时间差，i为大于等于1小于等于m的正整数。然后判断时间差是否大于预设时间长度，如果大于预设时间长度，则可以在第i+1时间段内通过冷启动方式进行启动，而由于冷启动方式需要一定的时间，因此在第i+1时间段内的启动时刻之前加入冷启动计划，这样当到达第i+1时间段内的启动时刻时完成冷启动。
当然，如果时间差小于等于预设时间长度，说明时间差比较小，不能通过冷启动方式启动，因此在第i个时间段的停机时刻开始保持在待机状态，且一直保持到第i+1时间段内的启动时刻。而且在第i个时间段的停机时刻选取当前最低电价对应的供电线路，利用该供电线路将电解槽保持在待机状态。即，用当前可用的最经济供电线路保持待机状态，可以节约成本。
可理解的是，在待机模式下，电解槽不制氢，且电解槽的功率PowerStandby维持在比较低的水平。
除了上述冷启动方式之外，电解槽的启动方式还包括热启动，热启动所需要的时间为0，即通过热启动可以实现即时启动，在热启动时不制氢。但是这种方式能耗比较大，因此优先选用冷启动方式。冷启动方式需要一定的时间，例如，20分钟。在冷启动时电解槽不制氢，且电解槽的功率PowerColdstart比较低。
在实际场景中，在制氢企业中通常有多个电解槽，当制氢企业中有多个电解槽时，可以针对每一个电解槽设置对应的目标函数和约束条件，计算每一个电解槽在各个时间段内的启停时刻，进而生成每一个电解槽的制氢计划。但是各个电解槽使用同一个氢气储罐，各个电解槽生产的氢气通过相同下游管线向下游输送氢气，且生产目标是针对所有的电解槽而言的，因此可以根据各个电解槽的电解能力为每一个电解槽分配生产子目标、储存量限值中的储存分限值、氢气消耗分速度。
为此，在一个实施例中，S130中所述根据生产目标和氢气储罐的储存量限值中的至少一项，确定约束条件，可以具体包括：
a、若所述电解槽的数量大于1，则确定每一个电解槽的电解能力；
b、根据每一个电解槽的电解能力和所述生产目标确定该电解槽的生产子目标，根据每一个电解槽的生产子目标确定该电解槽对应的约束条件；和/或，根据每一个电解槽的电解能力和所述储存量限值确定该电解槽的储存分限值，根据每一个电解槽的电解能力和所述氢气消耗速度确定该电解槽对应的氢气消耗分速度，根据每一个电解槽的储存分限值和氢气消耗分速度确定该电解槽对应的约束条件。
可见，可以根据一个电解槽的电解能力和生产目标确定这个电解槽的生产子目标，进而根据这个电解槽的生产子目标确定这个电解槽的第一约束条件。根据一个电解槽的电解能力和储存量限值确定这个电解槽的储存分限值，根据这个电解槽的电解能力和氢气消耗速度确定这个电解槽的氢气消耗分速度，进而根据这个电解槽的储存分限值和氢气消耗分速度确定这个电解槽的第二约束条件。
在一个实施例中，步骤a中确定每一个电解槽的电解能力可以包括：计算每一个电解槽的额定功率和单位制氢能耗之间的比值，该比值表征该电解槽的电解能力。
即，针对每一个电解槽，计算其额定功率和其单位制氢能耗之间的比值，用该比值来体现这个电解槽的电解能力。
对应的，步骤b中，所述根据每一个电解槽的电解能力和所述生产目标确定该电解槽的生产子目标，可以包括：将每一个电解槽的电解能力占比与所述生产目标相乘，得到该电解槽的生产子目标；所述根据每一个电解槽的电解能力和所述储存量限值确定该电解槽的储存分限值，可以包括：将每一个电解槽的电解能力占比与所述储存量限值相乘，得到该电解槽的储存分限值；所述根据每一个电解槽的电解能力和所述氢气消耗速度确定该电解槽对应的氢气消耗分速度，可以包括：将每一个电解槽的电解能力占比与所述氢气消耗速度相乘，得到该电解槽的氢气消耗分速度。
其中，一个电解槽的电解能力占比为该电解槽对应的所述比值与各个电解槽对应的所述比值的和之间的比例，例如，第i个电解槽的生产子目标为：
Figure BDA0004073966420000111
其中，ratei为第i个电解槽的上述比值。
第i个电解槽的储存分限值为：
Figure BDA0004073966420000112
第i个电解槽的氢气消耗分速度为：
Figure BDA0004073966420000113
根据每一个电解槽的电解能力为每一个电解槽分配生产子目标、储存分限值、氢气消耗分速度后，确定每一个电解槽的约束条件，进而依据约束条件和目标函数，确定每一个电解槽在各个时间段内的启停时刻，进而得到每一个电解槽的制氢计划。
在实际场景中，本发明实施例提供的方法可以由运营管理数字化系统实现，具体的，人员向运营管理数字化系统中录入相关的参数，例如，各个供电线路在各个时间段内的电价和电力容量、生产目标、氢气储罐的储存量限值等，运营管理数字化系统根据本发明实施例提供的方法生成每一个电解槽的制氢计划，从而指导制氢企业的制氢生产过程。在制氢过程中，通过配电控制系统和测量仪表采集数据，记录电解槽状态、储罐容量、配电线路切换等事件，进而自动识别和分析实际生产事件与制氢工作计划的差别，估算偏差造成的电力成本损失。运营管理数字化系统还可以记录偏差原因，导出统计分析报表。通过以上运营管理数字化系统可以实现对制氢生产的精准排程，实现严格控制电力成本。
可理解的是，本发明实施例提供的方法可以应用于使用电解碱性水等技术的制氢企业。电解水制氢企业需要结合使用不同电力资源，灵活安排生产计划，寻找综合电价最低的生产方式。同时，通过运营管理数字化系统也可以实现制氢计划的监督执行。
第二方面，本发明实施例提供一种电解水制氢计划制定装置。
参见图2，装置200包括：
数据获取模块210，用于获取各个供电线路在各个时间段内的电价和电力容量，将各个时间段内各自的最低电价形成最低电价序列，将各个时间段内各自的最低电价对应的供电线路的电力容量形成电力容量序列；
函数确定模块220，用于根据所述最低电价序列、所述电力容量序列和电解槽的额定功率，构造目标函数，所述目标函数中的变量为各个时间段内的电解槽启停时刻，所述目标函数的优化目标为各个时间段的制氢总电力成本最低；
约束确定模块230，用于根据生产目标和氢气储罐的储存量限值中的至少一项，确定约束条件；
函数求解模块240，用于根据所述约束条件，确定所述目标函数的最优解，并根据所述最优解中各个时间段内的电解槽启停时刻，生成制氢计划。
在一个实施例中，所述目标函数为：
Figure BDA0004073966420000121
式中，i为时间段的编号，m为时间段的数量，pricei为所述最低电价序列中第i个时间段对应的最低电价，ei为第i个时间段内电解槽的停机时刻，si为第i个时间段内电解槽的启动时刻，power(t)为第i个时间段对应的最低电价对应的供电线路的电力容量，ratedpower为所述电解槽的额定功率。
在一个实施例中，约束确定模块230包括：
第一确定单元，用于确定所述电解槽的单位制氢能耗；其中，所述单位制氢能耗为所述电解槽制作单位重量的氢气所需的能耗；
第二确定单元，用于根据所述生产目标、所述电力容量序列、所述额定功率和所述单位制氢能耗，确定第一约束条件，所述第一约束条件为各个时间段的制氢总量满足所述生产目标。
在一个实施例中，所述第一约束条件为：
Figure BDA0004073966420000131
式中，Mdaytask为所述生产目标，i为时间段的编号，m为时间段的数量，ei为第i个时间段内电解槽的停机时刻，si为第i个时间段内电解槽的启动时刻，power(t)为第i个时间段对应的最低电价对应的供电线路的电力容量，ratedpower为所述电解槽的额定功率，P2H为所述单位制氢能耗。
在一个实施例中，约束确定模块230包括：
第三确定单元，用于确定所述氢气储罐的初始储量和下游管线的氢气消耗速度；
第四确定单元，用于根据所述初始储量、所述储存量上限、所述储存量下限、各个时间段内各自的最低电价对应的供电线路的电力容量、所述额定功率、所述单位制氢能耗和所述氢气消耗速度，确定第二约束条件，所述第二约束条件为每一个时间段内所述氢气储罐的储存量在所述存储量上限和所述存储量下限之间。
在一个实施例中，所述第二约束条件包括：
Figure BDA0004073966420000132
Figure BDA0004073966420000133
式中，Minit为氢气储罐的初始储量；j为当前时间段的编号，j小于等于m，sm+1为24，m为时间段的数量；ei为第i个时间段内电解槽的停机时刻，si为第i个时间段内电解槽的启动时刻，power(t)为第i个时间段对应的最低电价对应的供电线路的电力容量，ratedpower为所述电解槽的额定功率，P2H为所述单位制氢能耗，Mpipeline为所述氢气消耗速度，Mmax为所述氢气储罐的储存量上限，Mmin为所述氢气储罐的储存量下限。
在一个实施例中，装置还包括：
启动设置模块，用于判断所述制氢计划中第i+1个时间段内的启动时刻与第i个时间段内的停机时刻之间的时间差是否大于预设时间长度；若是，则在第i个时间段内的停机时刻使所述电解槽停机，且在第i+1个时间段内的启动时刻之前加入冷启动计划，以使所述电解槽在第i+1个时间段内的启动时刻通过冷启动方式启动完成；否则，在第i个时间段的停机时刻之后通过当前最低电价对应的供电电路保持所述电解槽为待机状态直到第i+1个时间段内的启动时刻；其中，预设时间长度为：Poweri Coldstart*Ti Coldstart/Poweri Standby，Poweri Coldstart为所述电解槽的冷启动功率，Ti Coldstart为所述电解槽的冷启动时长，Poweri Standby为所述电解槽的待机功率。
在一个实施例中，约束确定模块230包括：
能力确定单元，用于若所述电解槽的数量大于1，则确定每一个电解槽的电解能力；
条件确定单元，用于根据每一个电解槽的电解能力和所述生产目标确定该电解槽的生产子目标，根据每一个电解槽的生产子目标确定该电解槽对应的约束条件；和/或，根据每一个电解槽的电解能力和所述储存量限值确定该电解槽的储存分限值，根据每一个电解槽的电解能力和所述氢气消耗速度确定该电解槽对应的氢气消耗分速度，根据每一个电解槽的储存分限值和氢气消耗分速度确定该电解槽对应的约束条件。
在一个实施例中，能力确定单元具体用于：计算每一个电解槽的额定功率和单位制氢能耗之间的比值，该比值表征该电解槽的电解能力；对应的，所述条件确定单元中所述根据每一个电解槽的电解能力和所述生产目标确定该电解槽的生产子目标，包括：将每一个电解槽的电解能力占比与所述生产目标相乘，得到该电解槽的生产子目标；所述条件确定单元中所述根据每一个电解槽的电解能力和所述储存量限值确定该电解槽的储存分限值，包括：将每一个电解槽的电解能力占比与所述储存量限值相乘，得到该电解槽的储存分限值；所述条件确定单元中所述根据每一个电解槽的电解能力和所述氢气消耗速度确定该电解槽对应的氢气消耗分速度，包括：将每一个电解槽的电解能力占比与所述氢气消耗速度相乘，得到该电解槽的氢气消耗分速度；其中，一个电解槽的电解能力占比为该电解槽对应的所述比值与各个电解槽对应的所述比值的和之间的比例。
可理解的是，本发明实施例提供的装置中有关内容的解释、具体实施方式、有益效果、举例等内容可以参见第一方面提供的方法中的相应部分，此处不再赘述。
根据第三方面，本说明书一个实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，当所述计算机程序在计算机中执行时，令计算机执行说明书中任一个实施例中的方法。
具体地，可以提供配有存储介质的系统或者装置，在该存储介质上存储着实现上述实施例中任一实施例的功能的软件程序代码，且使该系统或者装置的计算机(或CPU或MPU)读出并执行存储在存储介质中的程序代码。
在这种情况下，从存储介质读取的程序代码本身可实现上述实施例中任何一项实施例的功能，因此程序代码和存储程序代码的存储介质构成了本发明的一部分。
此外，应该清楚的是，不仅可以通过执行计算机所读出的程序代码，而且可以通过基于程序代码的指令使计算机上操作的操作系统等来完成部分或者全部的实际操作，从而实现上述实施例中任意一项实施例的功能。
此外，可以理解的是，将由存储介质读出的程序代码写到插入计算机内的扩展板中所设置的存储器中或者写到与计算机相连接的扩展模块中设置的存储器中，随后基于程序代码的指令使安装在扩展板或者扩展模块上的CPU等来执行部分和全部实际操作，从而实现上述实施例中任一实施例的功能。
可理解的是，本发明实施例提供的计算机可读介质中有关内容的解释、具体实施方式、有益效果、举例等内容可以参见第一方面提供的方法中的相应部分，此处不再赘述。
根据第四方面，本说明书一个实施例提供了一种计算设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有可执行代码，所述处理器执行所述可执行代码时，实现执行说明书中任一个实施例中的方法。
可以理解的是，本发明实施例提供的计算设备中有关内容的解释、具体实施方式、有益效果、举例等内容可以参见第一方面提供的方法中的相应部分，此处不再赘述。
可以理解的是，本说明书实施例示意的结构并不构成对本说明书实施例的装置的具体限定。在说明书的另一些实施例中，上述装置可以包括比图示更多或者更少的部件，或者组合某些部件，或者拆分某些部件，或者不同的部件布置。图示的部件可以以硬件、软件或者软件和硬件的组合来实现。
上述装置、系统内的各模块之间的信息交互、执行过程等内容，由于与本说明书方法实施例基于同一构思，具体内容可参见本说明书方法实施例中的叙述，此处不再赘述。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
本领域技术人员应该可以意识到，在上述一个或多个示例中，本发明所描述的功能可以用硬件、软件、挂件或它们的任意组合来实现。当使用软件实现时，可以将这些功能存储在计算机可读介质中或者作为计算机可读介质上的一个或多个指令或代码进行传输。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的技术方案的基础之上，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种电解水制氢计划制定方法，其特征在于，包括：
获取各个供电线路在各个时间段内的电价和电力容量，将各个时间段内各自的最低电价形成最低电价序列，将各个时间段内各自的最低电价对应的供电线路的电力容量形成电力容量序列；
根据所述最低电价序列、所述电力容量序列和电解槽的额定功率，构造目标函数，所述目标函数中的变量为各个时间段内的电解槽启停时刻，所述目标函数的优化目标为各个时间段的制氢总电力成本最低；
根据生产目标和氢气储罐的储存量限值中的至少一项，确定约束条件；
根据所述约束条件，确定所述目标函数的最优解，并根据所述最优解中各个时间段内的电解槽启停时刻，生成制氢计划。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述目标函数为：
Figure FDA0004073966410000011
式中，i为时间段的编号，m为时间段的数量，pricei为所述最低电价序列中第i个时间段对应的最低电价，ei为第i个时间段内电解槽的停机时刻，si为第i个时间段内电解槽的启动时刻，power(t)为第i个时间段对应的最低电价对应的供电线路的电力容量，ratedpower为所述电解槽的额定功率。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据生产目标和氢气储罐的储存量限值中的至少一项，确定约束条件，包括：
确定所述电解槽的单位制氢能耗；其中，所述单位制氢能耗为所述电解槽制作单位重量的氢气所需的能耗；
根据所述生产目标、所述电力容量序列、所述额定功率和所述单位制氢能耗，确定第一约束条件，所述第一约束条件为各个时间段的制氢总量满足所述生产目标。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一约束条件为：
Figure FDA0004073966410000012
式中，Mdaytask为所述生产目标，i为时间段的编号，m为时间段的数量，ei为第i个时间段内电解槽的停机时刻，si为第i个时间段内电解槽的启动时刻，power(t)为第i个时间段对应的最低电价对应的供电线路的电力容量，ratedpower为所述电解槽的额定功率，P2H为所述单位制氢能耗。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述氢气储罐的储存量限值包括所述氢气储罐的储存量上限和氢气储罐的储存量下限；所述根据生产目标和氢气储罐的储存量限值中的至少一项，确定约束条件，包括：
确定所述氢气储罐的初始储量和下游管线的氢气消耗速度；
根据所述初始储量、所述储存量上限、所述储存量下限、各个时间段内各自的最低电价对应的供电线路的电力容量、所述额定功率、所述单位制氢能耗和所述氢气消耗速度，确定第二约束条件，所述第二约束条件为每一个时间段内所述氢气储罐的储存量在所述存储量上限和所述存储量下限之间。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第二约束条件包括：
Figure FDA0004073966410000021
Figure FDA0004073966410000022
式中，Minit为氢气储罐的初始储量；j为当前时间段的编号，j小于等于m，sm+1为24，m为时间段的数量；ei为第i个时间段内电解槽的停机时刻，si为第i个时间段内电解槽的启动时刻，power(t)为第i个时间段对应的最低电价对应的供电线路的电力容量，ratedpower为所述电解槽的额定功率，P2H为所述单位制氢能耗，Mpipeline为所述氢气消耗速度，Mmax为所述氢气储罐的储存量上限，Mmin为所述氢气储罐的储存量下限。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
判断所述制氢计划中第i+1个时间段内的启动时刻与第i个时间段内的停机时刻之间的时间差是否大于预设时间长度；
若是，则在第i个时间段内的停机时刻使所述电解槽停机，且在第i+1个时间段内的启动时刻之前加入冷启动计划，以使所述电解槽在第i+1个时间段内的启动时刻通过冷启动方式启动完成；
否则，在第i个时间段的停机时刻之后通过当前最低电价对应的供电电路保持所述电解槽为待机状态直到第i+1个时间段内的启动时刻；
其中，预设时间长度为：Poweri Coldstart*Ti Coldstart/Poweri Standby，Poweri Coldstart为所述电解槽的冷启动功率，Ti Coldstart为所述电解槽的冷启动时长，Poweri Standby为所述电解槽的待机功率。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据生产目标和氢气储罐的储存量限值中的至少一项，确定约束条件，包括：
若所述电解槽的数量大于1，则确定每一个电解槽的电解能力；
根据每一个电解槽的电解能力和所述生产目标确定该电解槽的生产子目标，根据每一个电解槽的生产子目标确定该电解槽对应的约束条件；和/或，根据每一个电解槽的电解能力和所述储存量限值确定该电解槽的储存分限值，根据每一个电解槽的电解能力和所述氢气消耗速度确定该电解槽对应的氢气消耗分速度，根据每一个电解槽的储存分限值和氢气消耗分速度确定该电解槽对应的约束条件。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，
所述确定每一个电解槽的电解能力，包括：计算每一个电解槽的额定功率和单位制氢能耗之间的比值，该比值表征该电解槽的电解能力；
对应的，所述根据每一个电解槽的电解能力和所述生产目标确定该电解槽的生产子目标，包括：将每一个电解槽的电解能力占比与所述生产目标相乘，得到该电解槽的生产子目标；所述根据每一个电解槽的电解能力和所述储存量限值确定该电解槽的储存分限值，包括：将每一个电解槽的电解能力占比与所述储存量限值相乘，得到该电解槽的储存分限值；所述根据每一个电解槽的电解能力和所述氢气消耗速度确定该电解槽对应的氢气消耗分速度，包括：将每一个电解槽的电解能力占比与所述氢气消耗速度相乘，得到该电解槽的氢气消耗分速度；
其中，一个电解槽的电解能力占比为该电解槽对应的所述比值与各个电解槽对应的所述比值的和之间的比例。
10.一种电解水制氢计划制定装置，其特征在于，包括：
数据获取模块，用于获取各个供电线路在各个时间段内的电价和电力容量，将各个时间段内各自的最低电价形成最低电价序列，将各个时间段内各自的最低电价对应的供电线路的电力容量形成电力容量序列；
函数确定模块，用于根据所述最低电价序列、所述电力容量序列和电解槽的额定功率，构造目标函数，所述目标函数中的变量为各个时间段内的电解槽启停时刻，所述目标函数的优化目标为各个时间段的制氢总电力成本最低；
约束确定模块，用于根据生产目标和氢气储罐的储存量限值中的至少一项，确定约束条件；
函数求解模块，用于根据所述约束条件，确定所述目标函数的最优解，并根据所述最优解中各个时间段内的电解槽启停时刻，生成制氢计划。
11.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存储有计算机程序，当所述计算机程序在计算机中执行时，令计算机执行实现权利要求1～9任一项所述的方法。
12.一种计算设备，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有可执行代码，所述处理器执行所述可执行代码时，实现权利要求1～9中的任一项所述的方法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2023205139A1 (en) * 2022-04-18 2023-10-26 Ohmium International, Inc. System and method for efficiently generating hydrogen using multiple available power sources

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