CN116362373A - 一种加氢站系统充氢配置方法 - Google Patents

一种加氢站系统充氢配置方法 Download PDF

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CN116362373A CN202310084108.2A CN202310084108A CN116362373A CN 116362373 A CN116362373 A CN 116362373A CN 202310084108 A CN202310084108 A CN 202310084108A CN 116362373 A CN116362373 A CN 116362373A
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宣锋
方辰韬
伍远安
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Abstract

本发明提供了一种加氢站系统充氢配置方法，具体包括以下步骤：根据预设的加氢站限制条件，获取充氢车辆的平均排队时间；根据利特尔定律，获取充氢车辆的平均队长；根据充氢车辆的平均排队时间、平均队长，建立充氢优化模型；根据充氢优化模型，调整加氢站参数，得到加氢站加氢机配置策略。本发明的有益效果包括：针对目前充氢车辆与加氢站需求之间的供给关系，提供了一种优化配置方法，且相比优化前，充氢车辆充氢效率得到了显著提升。

Description

一种加氢站系统充氢配置方法
技术领域
本发明涉及加氢站充氢领域，尤其涉及一种加氢站系统充氢配置方法。
背景技术
氢能以其排放零污染、可再生、来源广泛，用于燃料电池时能量转换效率高等优点，被称为21世纪最具发展前景的二次能源之一。而氢燃料电池汽车同样凭借氢能的优势，引起了世界各国政府和各大汽车厂商的高度重视。
目前，氢燃料电池汽车的能源补给主要来源于加氢站。
而随着氢燃料电池汽车未来会越来越多，这就考验加氢站的供氢能力和供氢需求能否合理，使得车辆充氢时间、效率更进一步得提升。
基于以上需求，目前尚缺乏针对氢燃料电池车在加氢站充装效率的相关研究。
发明内容
为了解决现有技术的空缺，本发明提供了一种加氢站系统充氢配置方法，具体包括以下步骤：
S1、根据预设的加氢站限制条件，获取充氢车辆的平均排队时间；
S2、根据利特尔定律，获取充氢车辆的平均队长；
S3、根据充氢车辆的平均排队时间、平均队长，建立充氢优化模型；
S4、根据充氢优化模型，调整加氢站参数，得到加氢站加氢机配置策略。
进一步地，步骤S1中所述的预设的加氢站限制条件，具体指：加氢机为双枪、加氢机设备正常独立运行和充氢过程符合充氢标准规范。
进一步地，步骤S1中，所述充氢车辆的平均排队时间如下式：
Figure BDA0004068444940000021
其中，T表示充氢车辆的平均排队时间；E()表示期望；a为预设的系数；t为充氢服务时间；N表示一台加氢机的两个加氢枪之间的关联系数。
进一步地，两个加氢枪之间的关联系数N的具体表达式如下：
Figure BDA0004068444940000022
其中s表示加氢站所有加氢枪的数量；wm表示充氢车辆等待的概率；wd表示所有加氢枪中，被占用的加氢枪比例。
进一步地，步骤S2中充氢车辆的平均队长如下式：
L＝λT
其中，L表示充氢车辆的平均队长，λ为根据实际加氢站特性设置的参数。
进一步地，参数λ的计算公式如下：
Figure BDA0004068444940000023
其中，ηd为最大日加氢负荷与年均日加氢负荷的比值；be为日峰值加氢负荷与日总加氢负荷的比值；kd为加氢站日加氢负荷；z为根据实际情况的预设值；m为充氢车辆的充氢氢气质量。
步骤S3中的充氢优化模型如下：
Figure BDA0004068444940000024
其中，Ndt表示加氢机数量；T(Ndt)表示在当前加氢机数量下的充氢车辆平均排队时间；L(Ndt)表示在当前加氢机数量下的平均队长；Tmax表示预设的平均排队时间上限；Lmax表示预设的平均队长上限。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括：针对目前充氢车辆与加氢站需求之间的供给关系，提供了一种优化配置方法，且相比优化前，充氢车辆充氢效率得到了显著提升。
附图说明
图1是本发明方法流程示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参考图1，图1是本发明方法流程示意图。
本发明提供了一种加氢站系统充氢配置方法，具体包括以下步骤：
S1、根据预设的加氢站限制条件，获取充氢车辆的平均排队时间；
需要说明的是，步骤S1中所述的预设的加氢站限制条件，具体指：加氢机为双枪、加氢机设备正常独立运行和充氢过程符合充氢标准规范。
加氢机采用双枪能够提高利用效率，但作为其它实施例，可以采用单枪进行，采用单枪后，进一步的后续计算过程仍可以根据本申请记载内容进行求解；另外需要进一步说明的是，加氢机之间通过合理的布局使得不同加氢机的加氢枪在使用之间互不干扰，不同加氢机可单独进行独立多服务；
需要说明的是，在充氢过程中，加氢站设备默认其保持正常独立运行，包括但不限于通讯设备、参数监测设备、控制设备，且充氢过程默认充装至100％；当然，在一些其它实施例中，还可包括报警设备、应用管理设备等，这里仅作示意性说明。
需要说明的是，充氢过程符合充氢标准规范是指充氢的升压速率、氢气预冷温度、管路压降等均符合SAE TIR J2601中的相关要求和标准规范；当然，在一些其它实施例中，也可自行设定相应规范，但相应规范应符合标准规范前提。
需要说明的是，步骤S1中，所述充氢车辆的平均排队时间如下式：
Figure BDA0004068444940000041
其中，T表示充氢车辆的平均排队时间；E()表示期望；a为预设的系数；t为充氢服务时间；N表示一台加氢机的两个加氢枪之间的关联系数。
需要说明的是，充氢服务时间，包括实际加氢的时间和加氢准备过程时间；为了便于理解，加氢准备过程时间可以包括：完成充氢车辆的费用结算、离开车位、进入车位、上枪、泄漏检测等相关必要流程所花费的时间，一般来说在3min之内可以完成所有流程；当然，在一些其它实施例中，也可自行加入其它流程，但加入的流程应均被纳入加氢准备时间中；实际加氢时间由车辆加氢前剩余氢气的含量以及充氢速率所决定，一般来说是非线性的，即越到最后充满时刻，充氢速率越慢，便于计算，本申请实施例中按线性关系计算；另外，作为其它实施例，可以参考SAE TIR J2601的充装要求进行充氢时间的计算；
需要进一步说明的是，充氢服务时间的一、二阶矩具体如下：
Figure BDA0004068444940000051
其中，
Figure BDA0004068444940000053
为充氢前车辆剩余氢气百分比；剩余氢气百分比一般服从随机分布，根据统计学特性，其主要由当地氢燃料电池车的加气习惯决定，这里可以收集当地加气习惯，并运用β分布进行拟合；总体来说，充氢前剩余氢气百分比平均在25％左右；本申请仅作示意性说明。
需要说明的是，在本发明实施例中预设系数a，根据实际情况自行进行定义，但设置范围为[1-10]，此设置标准根据H2A经验设置，在本申请中，设置为2；
需要说明的是，两个加氢枪之间的关联系数N的具体表达式如下：
Figure BDA0004068444940000052
其中s表示加氢站所有加氢枪的数量；结合本申请中加氢机采用双枪，因此加氢枪的数量是加氢机的两倍；如果采用单枪，则加氢枪数量与加氢机相同；
wm表示充氢车辆等待的概率；充氢车辆等待的概率，根据加氢站的不同时间段的实际情况进行预设；一般来说，上午9：00-11：00，晚上8：00-10：00为充氢的高峰期，因此加氢站充氢车辆等待的概率会相对较大，在本申请实施例中，设置为70％；而在其它时间段，相对来说比较加氢机比较空闲或充裕，设置为50％或根据50％适当下浮；
wd表示所有加氢枪中，被占用的加氢枪比例；容易理解，若此时加氢站有10台加氢机，其中5台正在使用，则wd等于50％。
S2、根据利特尔定律，获取充氢车辆的平均队长；
步骤S2中充氢车辆的平均队长如下式：
L＝λT
其中，L表示充氢车辆的平均队长，λ为根据实际加氢站特性设置的参数。
需要说明的是，参数λ的计算公式如下：
Figure BDA0004068444940000061
其中，ηd为最大日加氢负荷与年均日加氢负荷的比值；be为日峰值加氢负荷与日总加氢负荷的比值；kd为加氢站日加氢负荷；z为根据实际情况的预设值；m为充氢车辆的充氢氢气质量。
一般来说，根据H2A经验，参数ηd可取值1.19；假定加氢站的营业时间为8：00AM-19:00PM，则be一般取值为7.8％；kd的范围，根据实际加氢站的情况进行设定；而m则根据充氢车辆储氢容器的大小确定，这里不再详细说明；
S3、根据充氢车辆的平均排队时间、平均队长，建立充氢优化模型；
需要说明的是，本申请采用平均排队时间和平均队长进行优化模型的确定，步骤S3中的充氢优化模型如下：
Figure BDA0004068444940000062
其中，Ndt表示加氢机数量；T(Ndt)表示在当前加氢机数量下的充氢车辆平均排队时间；L(Ndt)表示在当前加氢机数量下的平均队长；Tmax表示预设的平均排队时间上限；Lmax表示预设的平均队长上限。优化模型表达的含义为：在平均排队时间和平均队长在规定的范围内，保证加氢机的数量最小；
S4、根据充氢优化模型，调整加氢站参数，得到加氢站加氢机配置策略。
作为一种实施例，本发明针对70Mpa加氢站进行了仿真实验；仿真实验主要采用控制变量法进行；
首先以25％充氢剩余百分比计算，得到充氢服务时间的一、二阶矩；
针对年均日加氢负荷固定的加氢站(3000、4000、5000kg/d)在满足加氢枪占用率小于100％的情况下，加氢机的数量下限；
在加氢机数量下限的基础上，按每次实验增加1台加氢机的情况下，观察加氢机数量增加对充氢车辆平均排队时间和队长的影响；从实验来看，平均等待时间和平均队长随着加氢机数量的增加而迅速下降，因此初步的策略是，在加氢机数量下限的基础上，增加少量加氢机，充氢车辆即可获得良好的充氢体验；
另一方面，针对年均日加氢负荷不同的加氢站(3000、4000、5000kg/d)，在不同规模加氢站的最小加氢机数量的情况下，增加相同数量的加氢机，本实施例中，均增加3台，考虑年均日加氢负荷不同的加氢站，充氢车辆的平均排队时间和队长，得知：在加氢机数量下限的情况下增加相同数目的加氢机，由于加氢枪占用率随而加氢站规模明显升高，从而导致平均等待时间和平均队长总体随加氢站规模增加；
根据以上结论，本申请收集了年均日加氢负荷不同的加氢站的数据，最终对年均日加氢负荷50-5000kg/d的加氢站加氢机数量进行了优化；策略如下：当加氢站年均日加氢负荷处于1000kg/d以下时，增加1台加氢机，充氢车辆排队性能相较于H2A经验法得到明显改善；而年均日加氢负荷处于1000-2000kg/d的加氢站时，保持原有加氢机下限即可；当年均日加氢负荷处于2000kg/d-5000kg/d时，增加4台加氢机，充氢车辆排队性能相较于H2A经验法得到明显改善；
本发明的有益效果是：针对目前充氢车辆与加氢站需求之间的供给关系，提供了一种优化配置方法，且相比优化前，充氢车辆充氢效率得到了显著提升。
容易理解，以上未涉及之处，均属于现有技术，不代表本申请未进行充分公开。
应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。
以上本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (7)

1.一种加氢站系统充氢配置方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、根据预设的加氢站限制条件，获取充氢车辆的平均排队时间；
S2、根据利特尔定律，获取充氢车辆的平均队长；
S3、根据充氢车辆的平均排队时间、平均队长，建立充氢优化模型；
S4、根据充氢优化模型，调整加氢站参数，得到加氢站加氢机配置策略。
2.如权利要求1所述的一种加氢站系统充氢配置方法，其特征在于：
步骤S1中所述的预设的加氢站限制条件，具体指：加氢机为双枪、加氢机设备正常独立运行和充氢过程符合充氢标准规范。
3.如权利要求1所述的一种加氢站系统充氢配置方法，其特征在于：步骤S1中，所述充氢车辆的平均排队时间如下式：
Figure FDA0004068444860000011
其中，T表示充氢车辆的平均排队时间；E()表示期望；a为预设的系数；t为充氢服务时间；N表示一台加氢机的两个加氢枪之间的关联系数。
4.如权利要求3所述的一种加氢站系统充氢配置方法，其特征在于：两个加氢枪之间的关联系数N的具体表达式如下：
Figure FDA0004068444860000012
其中s表示加氢站所有加氢枪的数量；wm表示充氢车辆等待的概率；wd表示所有加氢枪中，被占用的加氢枪比例。
5.如权利要求3所述的一种加氢站系统充氢配置方法，其特征在于：步骤S2中充氢车辆的平均队长如下式：
L＝λT
其中，L表示充氢车辆的平均队长，λ为根据实际加氢站特性设置的参数。
6.如权利要求5所述的一种加氢站系统充氢配置方法，其特征在于：参数λ的计算公式如下：
Figure FDA0004068444860000021
其中，ηd为最大日加氢负荷与年均日加氢负荷的比值；be为日峰值加氢负荷与日总加氢负荷的比值；kd为加氢站日加氢负荷；z为根据实际情况的预设值；m为充氢车辆的充氢氢气质量。
7.如权利要求1所述的一种加氢站系统充氢配置方法，其特征在于：步骤S3中的充氢优化模型如下：
Figure FDA0004068444860000022
其中，Ndt表示加氢机数量；T(Ndt)表示在当前加氢机数量下的充氢车辆平均排队时间；L(Ndt)表示在当前加氢机数量下的平均队长；Tmax表示预设的平均排队时间上限；Lmax表示预设的平均队长上限。
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