CN116909143A - 一种清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统的运行控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及能源供给技术领域，公开了一种清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统的运行控制方法，本发明基于清洁能源弃电功率序列确定优化目标，同时，在预设约束条件集的约束控制下，得到清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统的运行控制数据集，进一步，基于预设遗传算法，确定清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统的目标运行控制数据。因此，通过实施本发明，可以合理分配清洁能源弃电制氢及氢气液化的运行功率以及合理控制储气罐的储放氢气过程，有效提高了系统运行的安全稳定性，并降低了液氢的生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及能源供给技术领域，具体涉及一种清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统的运行控制方法。
背景技术
随着清洁能源产业的迅速推进，作为“零碳”能源——氢能的重要高效载体，液氢将会成为保证氢能规模化应用的有效实施途径。
目前，采用清洁能源弃电制氢系统进行制氢，但是，与常规制氢方法不同的是，该清洁能源弃电制氢系统在制氢过程的所有能耗均来源于清洁能源电站无法消纳的弃电，而清洁能源发电功率的不确定性，会给制氢系统的运行带来极大的挑战。
而且，现有的相关研究通常只考虑到清洁能源电解水制氢的协同配置，很少考虑到将氢气液化一并纳入清洁能源并网耦合制氢的一体化配置中，也无法实现清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统的安全稳定的运行控制。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统的运行控制方法，以解决现有的相关研究通常只考虑到清洁能源电解水制氢的协同配置，很少考虑到将氢气液化一并纳入清洁能源并网耦合制氢的一体化配置中，也无法实现清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统的安全稳定的运行控制的问题。
第一方面，本发明提供了一种清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统的运行控制方法，清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统与清洁能源监测系统连接；该清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统的运行控制方法包括：
获取清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统的运行功率数据集和清洁能源监测系统发送的清洁能源弃电功率序列；基于清洁能源弃电功率序列确定优化目标；基于清洁能源弃电功率序列和运行功率数据集，利用优化目标和预设约束条件集，对清洁能源弃电制氢耦合氢气液化运行控制模型求解，得到清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统的运行控制数据集；基于运行控制数据集，经过预设遗传算法处理，得到清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统的运行控制结果。
本发明提供的清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统的运行控制方法，基于清洁能源弃电功率序列确定优化目标，同时，在预设约束条件集的约束控制下，得到清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统的运行控制数据集，进一步，基于预设遗传算法，确定清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统的目标运行控制数据。因此，通过实施本发明，可以合理分配清洁能源弃电制氢及氢气液化的运行功率以及合理控制储气罐的储放氢气过程，有效提高了系统运行的安全稳定性，并降低了液氢的生产成本。
在一种可选的实施方式中，清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统包括电解水制氢装置、储氢装置和氢气液化装置；获取清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统的运行功率数据集和清洁能源监测系统发送的清洁能源弃电功率序列，包括：
获取清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统中电解水制氢装置的第一运行功率数据集、储氢装置的第二运行功率数据集和氢气液化装置的第三功率运行数据集；利用清洁能源监测系统获取清洁能源发电功率序列和清洁能源用电功率序列；基于清洁能源发电功率序列和清洁能源用电功率序列确定清洁能源弃电功率序列。
本发明综合考虑清洁能源发电特性，将氢气液化一并纳入清洁能源并网耦合制氢的一体化配置中，同时配合电解水制氢设备和储氢装置，形成清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统，填补了清洁能源液氢系统的空白。
在一种可选的实施方式中，运行控制数据集包括：电解水制氢装置的第一运行功率控制序列、储氢装置的储放氢气量控制序列以及氢气液化装置的第二运行功率控制序列。
在一种可选的实施方式中，基于清洁能源弃电功率序列和运行功率数据集，利用优化目标和预设约束条件集，对清洁能源弃电制氢耦合氢气液化运行控制模型求解，得到清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统的运行控制数据集，包括：
基于清洁能源弃电功率序列和运行功率数据集，确定清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统的运行条件；基于优化目标，将清洁能源弃电功率序列输入清洁能源弃电制氢耦合氢气液化运行控制模型，得到满足预设约束条件集和运行条件的运行控制数据集。
本发明在对清洁能源弃电功率序列输入清洁能源弃电制氢耦合氢气液化运行控制模型求解时还考虑了清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统的运行条件，为后续清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统的安全稳定运行提供了保障。
在一种可选的实施方式中，基于清洁能源弃电功率序列和运行功率数据集，确定清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统的运行条件，包括：
基于第一运行功率数据集确定电解水制氢装置的第一目标运行功率；基于第三功率运行数据集确定氢气液化装置的第二目标运行功率；基于清洁能源弃电功率序列、第一目标运行功率和第二目标运行功率，确定运行条件。
本发明根据清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统中电解水制氢装置和氢气液化装置的运行功率数据确定运行条件，为清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统中每个装置的安全稳定运行提供的保障。
在一种可选的实施方式中，基于清洁能源弃电功率序列、第一目标运行功率、第二目标运行功率和第三目标运行功率，确定运行条件，包括：
将清洁能源弃电功率序列中每个清洁能源弃电功率与第一目标运行功率进行比对；当清洁能源弃电功率大于或等于第一目标运行功率时，控制电解水制氢装置、储氢装置和氢气液化装置基于清洁能源弃电功率运行；当清洁能源弃电功率小于第一目标运行功率时，基于第一目标运行功率、第二目标运行功率和清洁能源弃电功率确定目标发电功率；基于目标发电功率确定目标弃电功率，并控制电解水制氢装置、储氢装置和氢气液化装置基于目标弃电功率运行。
本发明根据清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统中电解水制氢装置和氢气液化装置的运行功率数据确定运行条件，为清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统中每个装置的安全稳定运行提供的保障。
在一种可选的实施方式中，基于运行控制数据集，经过预设遗传算法处理，得到清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统的运行控制结果，包括：
基于运行控制数据集，经过预设遗传算法处理，得到目标运行控制数据；利用目标运行控制数据控制清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统运行，得到运行控制结果。
本发明利用预设遗传算法在运行控制数据集寻优，得到满足条件的目标运行控制数据并控制清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统运行，提高了清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统运行的安全稳定性。
在一种可选的实施方式中，方法还包括：获取预设约束条件集，预设约束条件集包括功率平衡约束、能量守恒和质量守恒约束以及设备参数约束。
本发明通过上述的约束条件，可以控制清洁能源弃电制氢耦合氢气液化运行控制模型求解的精准度。
在一种可选的实施方式中，功率平衡约束为：
Pa(t)+Pnet(t)＝Pg(t)+Pl(t)
式中：Pa(t)表示清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统在t时刻的弃电功率；Pnet(t)表示电网交换功率；Pg(t)表示清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统中电解水制氢装置在t时刻吸收的功率；Pl(t)表示清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统中氢气液化装置在t时刻吸收的功率。
本发明通过上述的约束条件，可以控制清洁能源弃电制氢耦合氢气液化运行控制模型求解的精准度。
在一种可选的实施方式中，能量守恒和质量守恒约束包括：氢气量与电量平衡约束、第一氢气平衡约束和第二氢气平衡约束。
本发明通过上述的约束条件，可以控制清洁能源弃电制氢耦合氢气液化运行控制模型求解的精准度。
在一种可选的实施方式中，设备参数约束包括：电解水制氢装置约束、氢气液化装置约束和储氢装置约束。
本发明通过上述的约束条件，可以控制清洁能源弃电制氢耦合氢气液化运行控制模型求解的精准度。
第二方面，本发明提供了一种清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统的运行控制装置，清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统与清洁能源监测系统连接；该清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统的运行控制装置包括：
获取模块，用于获取清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统的运行功率数据集和清洁能源监测系统发送的清洁能源弃电功率序列；确定模块，用于基于清洁能源弃电功率序列确定优化目标；求解模块，用于基于清洁能源弃电功率序列和运行功率数据集，利用优化目标和预设约束条件集，对清洁能源弃电制氢耦合氢气液化运行控制模型求解，得到清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统的运行控制数据集；处理模块，用于基于运行控制数据集，经过预设遗传算法处理，得到清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统的运行控制结果。
在一种可选的实施方式中，清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统包括电解水制氢装置、储氢装置和氢气液化装置；获取模块，包括：
第一获取子模块，用于获取清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统中电解水制氢装置的第一运行功率数据集、储氢装置的第二运行功率数据集和氢气液化装置的第三功率运行数据集；第二获取子模块，用于利用清洁能源监测系统获取清洁能源发电功率序列和清洁能源用电功率序列；第一确定子模块，用于基于清洁能源发电功率序列和清洁能源用电功率序列确定清洁能源弃电功率序列。
第三方面，本发明提供了一种计算机设备，包括：存储器和处理器，存储器和处理器之间互相通信连接，存储器中存储有计算机指令，处理器通过执行计算机指令，从而执行上述第一方面或其对应的任一实施方式的清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统的运行控制方法。
第四方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机指令，计算机指令用于使计算机执行上述第一方面或其对应的任一实施方式的清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统的运行控制方法。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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方式，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是根据本发明实施例的清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统的结构框图；
图2是根据本发明实施例的清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统的运行控制方法的流程示意图；
图3是根据本发明实施例的另一清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统的运行控制方法的流程示意图；
图4是根据本发明实施例的又一清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统的运行控制方法的流程示意图；
图5是根据本发明实施例的氢气与电能的平衡关系示意图
图6是根据本发明实施例的预设遗传算法的寻优过程示意图；
图7是根据本发明实施例的清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统的运行控制装置的结构框图；
图8是本发明实施例的计算机设备的硬件结构示意图。
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，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供了一种清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统的运行控制方法，通过结合清洁能源发电的弃能特性以达到合理分配清洁能源弃电制氢及氢气液化的运行功率以及合理控制储气罐的储放氢气过程，有效提高系统运行的安全稳定性，并降低液氢的生产成本的效果。
根据本发明实施例，提供了一种清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统的运行控制方法实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
在本实施例中提供了一种清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统的运行控制方法，其中，如图1所示，清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统1与清洁能源监测系统2连接。图2是根据本发明实施例的清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统的运行控制方法的流程图，如图2所示，该流程包括如下步骤：
步骤S201，获取清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统的运行功率数据集和清洁能源监测系统发送的清洁能源弃电功率序列。
其中，运行功率数据集用于反映清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统的运行状态。
清洁能源弃电功率序列包括清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统在调控周期内每个时段对应的清洁能源弃电功率，比如，以清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统的日内运行调控作为例，即调控周期为1天(24个时段)，则清洁能源弃电功率序列为：p1,p2,…,p24。
步骤S202，基于清洁能源弃电功率序列确定优化目标。
具体地，为最大化减少清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统的用电成本，本实施例中以清洁能源弃电量利用最大化为优化目标，如下关系式(1)所示：
式中：m表示清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统的运行总时段；Pa(t)表示清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统在t时刻的弃电功率；Pg(t)表示清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统中电解水制氢装置在t时刻吸收的功率；Pl(t)表示清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统中氢气液化装置在t时刻吸收的功率。
步骤S203，基于清洁能源弃电功率序列和运行功率数据集，利用优化目标和预设约束条件集，对清洁能源弃电制氢耦合氢气液化运行控制模型求解，得到清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统的运行控制数据集。
具体地，以清洁能源弃电量利用最大化为优化目标，利用清洁能源弃电功率序列和运行功率数据集对清洁能源弃电制氢耦合氢气液化运行控制模型求解，可以得到满足预设约束条件集的清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统的运行控制数据集。
步骤S204，基于运行控制数据集，经过预设遗传算法处理，得到清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统的运行控制结果。
本实施例提供的清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统的运行控制方法，基于清洁能源弃电功率序列确定优化目标，同时，在预设约束条件集的约束控制下，得到清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统的运行控制数据集，进一步，基于预设遗传算法，确定清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统的目标运行控制数据。因此，通过实施本发明，可以合理分配清洁能源弃电制氢及氢气液化的运行功率以及合理控制储气罐的储放氢气过程，有效提高了系统运行的安全稳定性，并降低了液氢的生产成本。
在本实施例中提供了一种清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统的运行控制方法，其中，如图1所示，清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统1与清洁能源监测系统2连接。图3是根据本发明实施例的清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统的运行控制方法的流程图，如图3所示，该流程包括如下步骤：
步骤S301，获取清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统的运行功率数据集和清洁能源监测系统发送的清洁能源弃电功率序列。
具体地，上述步骤S301包括：
步骤S3011，获取清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统中电解水制氢装置的第一运行功率数据集、储氢装置的第二运行功率数据集和氢气液化装置的第三功率运行数据集。
其中，如图1所示，清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统1包括：电解水制氢装置11、储氢装置12和氢气液化装置13。
具体地，基于清洁能源发电功率的随机性与波动性，其弃电功率同样具备不确定性，导致电解水制氢装置11的单位时间氢气输出量并不平稳，为满足电解水制氢装置11和氢气液化装置13的稳定运行条件，在电解水制氢装置11与氢气液化装置13之间，增设储氢装置12，用于存储电解水制氢装置11输出的部分氢气作为缓存，使清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统1满足安全稳定运行条件。
进一步，清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统1的运行功率数据集可以包括电解水制氢装置11的第一运行功率数据集、储氢装置12的第二运行功率数据集以及氢气液化装置13的第三功率运行数据集。
步骤S3012，利用清洁能源监测系统获取清洁能源发电功率序列和清洁能源用电功率序列。
具体地，利用清洁能源监测系统2可以监测得到清洁能源发电功率序列p1,p2,…,pm和清洁能源用电功率序列ps1,ps2,…,psm。
步骤S3013，基于清洁能源发电功率序列和清洁能源用电功率序列确定清洁能源弃电功率序列。
具体地，清洁能源发电功率与清洁能源用电功率的差值即为清洁能源弃电功率。
因此，通过上述步骤S3012得到清洁能源发电功率序列p1,p2,…,pm和清洁能源用电功率序列ps1,ps2,…,psm可以得到清洁能源弃电功率序列pa1,pa2,…,pam。
步骤S302，基于清洁能源弃电功率序列确定优化目标。详细请参见图2所示实施例的步骤S202，在此不再赘述。
步骤S303，基于清洁能源弃电功率序列和运行功率数据集，利用优化目标和预设约束条件集，对清洁能源弃电制氢耦合氢气液化运行控制模型求解，得到清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统的运行控制数据集。详细请参见图2所示实施例的步骤S203，在此不再赘述。
步骤S304，基于运行控制数据集，经过预设遗传算法处理，得到清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统的运行控制结果。详细请参见图2所示实施例的步骤S204，在此不再赘述。
本实施例提供的清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统的运行控制方法，综合考虑清洁能源发电特性，将氢气液化一并纳入清洁能源并网耦合制氢的一体化配置中，同时配合电解水制氢设备和储氢装置，形成清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统，填补了清洁能源液氢系统的空白。
在本实施例中提供了一种清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统的运行控制方法，其中，如图1所示，清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统1与清洁能源监测系统2连接。图4是根据本发明实施例的清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统的运行控制方法的流程图，如图4所示，该流程包括如下步骤：
步骤S401，获取清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统的运行功率数据集和清洁能源监测系统发送的清洁能源弃电功率序列。详细请参见图3所示实施例的步骤S301，在此不再赘述。
步骤S402，基于清洁能源弃电功率序列确定优化目标。详细请参见图2所示实施例的步骤S202，在此不再赘述。
步骤S403，获取预设约束条件集。
其中，预设约束条件集可以包括功率平衡约束、能量守恒和质量守恒约束以及设备参数约束：
(1)功率平衡约束：清洁能源弃电、电解水制氢装置运行功率、氢气液化装置运行功率须满足功率平衡约束，如下关系式(2)所示：
Pa(t)+Pnet(t)＝Pg(t)+Pl(t) (2)
式中：Pnet(t)表示电网交换功率。
(2)能量守恒和质量守恒约束，可以包括：氢气量与电量平衡约束、第一氢气平衡约束和第二氢气平衡约束。
A.氢气量与电量平衡约束：根据电解水制氢设备、氢气液化设备的能耗，可以建立氢气量与电量的平衡约束，如下关系式(3)所示：
式中：Vg(t)表示t时刻电解水制氢装置输出的氢气；Vl(t)表示t时刻氢气液化装置的液化氢气量；eg表示电解水制氢装置生产单位标方氢气所消耗的电能；el表示氢气液化装置液化单位标方氢气需要消耗的电能。
B.第一氢气平衡约束：电解水制氢设备制得的氢气、一部分直接由管道运输到氢气液化装置中进行液化，一部分存储到储氢装置(比如储氢罐等)中，故氢气液化装置的氢气输入来源包括储氢装置送出的氢气和电解水制氢装置制得的部分氢气；同时，清洁能源的弃电供于电解水制氢和氢气液化两类装置用电，应满足功率平衡和电量平衡条件，其中，氢气与电能的平衡关系如图5所示。
因此，第一氢气平衡约束如下关系式(4)所示：
式中：ΔV(t)表示t时刻储氢装置中氢气的变化量，其中，储氢装置的氢气输入为正值，输出为负值；V0表示初始时刻储氢装置的氢气量。
C.第二氢气平衡约束：电解水制氢总量、液化氢气总量也应满足质量平衡条件，即电解水制氢累计量为储氢装置当前的氢气存储量与液化氢气累计量之和，如下关系式(5)所示：
(3)设备参数约束：为保证系统的安全稳定运行，电解水制氢设备、氢气液化设备均需要满足设备的额定功率范围要求，以及功率变化速率要求，因此，该设备参数约束可以包括电解水制氢装置约束、氢气液化装置约束和储氢装置约束：
A.电解水制氢装置约束：电解水制氢装置需满足设备自身额定功率范围要求，如下关系式(6)所示：
式中：表示电解水制氢装置额定功率的下限值；/>表示电解水制氢装置额定功率的上限值。
B.氢气液化装置约束：
首先，氢气液化装置需要满足设备自身额定功率范围要求，如下关系式(7)所示：
式中：表示氢气液化装置额定功率的下限值；/>表示氢气液化装置额定功率的上限值。
其次，氢气液化装置还需要满足功率变化速率要求，如下关系式(8)所示：
|Pl(t)-Pl(t+1)|≤ΔPlmax (8)
式中：Plmax表示氢气液化装置的最大功率变化速率。
C.储氢装置约束：储氢装置存储的氢气量要小于储氢装置可储气的最大容量Vmax。
步骤S404，基于清洁能源弃电功率序列和运行功率数据集，利用优化目标和预设约束条件集，对清洁能源弃电制氢耦合氢气液化运行控制模型求解，得到清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统的运行控制数据集。
具体地，上述步骤S404包括：
步骤S4041，基于清洁能源弃电功率序列和运行功率数据集，确定清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统的运行条件。
在对清洁能源弃电制氢耦合氢气液化运行控制模型求解过程中，还需要考虑清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统的运行条件，以保障清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统的安全稳定运行。
具体地，根据输入的清洁能源弃电功率序列和反映清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统运行状态的运行功率数据集，可以确定对应的清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统的运行条件。
步骤S4042，基于优化目标，将清洁能源弃电功率序列输入清洁能源弃电制氢耦合氢气液化运行控制模型，得到满足预设约束条件集和运行条件的运行控制数据集。
其中，运行控制数据集可以包括电解水制氢装置的第一运行功率控制序列pg1,pg2,…,pgm、储氢装置的储放氢气量控制序列ΔV1,ΔV2,…,ΔVm以及氢气液化装置的第二运行功率控制序列pl1,pl2,…,plm。
具体地，以清洁能源弃电量利用最大化为优化目标，将清洁能源弃电功率序列pa1,pa2,…,pam作为清洁能源弃电制氢耦合氢气液化运行控制模型的输入，可以生成满足预设约束条件集和运行条件的第一运行功率控制序列pg1,pg2,…,pgm、储氢装置的储放氢气量控制序列ΔV1,ΔV2,…,ΔVm以及氢气液化装置的第二运行功率控制序列pl1,pl2,…,plm。
在一实施例中，以清洁能源弃电制氢及氢气液化系统的日内运行调控作为例，即调控周期为1天，则优化总时段m＝24，此时，清洁能源弃电功率序列为：p1,p2,…,p24，将该清洁能源弃电功率序列p1,p2,…,p24输入清洁能源弃电制氢耦合氢气液化运行控制模型后，可以生成100组满足预设约束条件集和运行条件的第一运行功率控制序列pg1,pg2,…,pg24、储氢装置的储放氢气量控制序列ΔV1,ΔV2,…,ΔV24以及氢气液化装置的第二运行功率控制序列pl1,pl2,…,pl24。
本实施例中清洁能源弃电制氢耦合氢气液化运行控制模型的输入、输出更简单，且可以根据需要实现多时间尺度的精准调控，强化了电源侧的灵活调节能力，保障系统的安全稳定运行。进一步，可以合理分配清洁能源弃电制氢及氢气液化系统的运行功率以及合理控制储气装置的储放氢气过程，有效提高了清洁能源弃电制氢耦合氢气液化运行控制系统运行的安全稳定性，并降低了液氢的生产成本。
在一些可选的实施方式中，上述步骤S4041包括：
步骤a1，基于第一运行功率数据集确定电解水制氢装置的第一目标运行功率。
步骤a2，基于第三功率运行数据集确定氢气液化装置的第二目标运行功率。
步骤a3，基于清洁能源弃电功率序列、第一目标运行功率和第二目标运行功率，确定运行条件。
其中，第一目标运行功率表示电解水制氢装置的最低启动功率即在该第一目标运行功率下，电解水制氢装置可以正常启动。
第二目标运行功率表示氢气液化装置的最低启动功率即在该第二目标运行功率下，氢气液化装置可以正常启动。
具体地，根据反映电解水制氢装置和氢气液化装置运行状态的第一运行功率数据集和第三功率运行数据集可以确定对应的第一目标运行功率和第二目标运行功率。
在清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统的输入值，即清洁能源弃电功率序列的基础上，结合电解水制氢装置和氢气液化装置对应的第一目标运行功率和第二目标运行功率，可以确定清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统的运行条件，即在该运行条件下，清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统可以正常运行。
在一些可选的实施方式中，上述步骤a3包括：
步骤a31，将清洁能源弃电功率序列中每个清洁能源弃电功率与第一目标运行功率进行比对。
步骤a32，当清洁能源弃电功率大于或等于第一目标运行功率时，控制电解水制氢装置、储氢装置和氢气液化装置基于清洁能源弃电功率运行。
步骤a33，当清洁能源弃电功率小于第一目标运行功率时，基于第二目标运行功率、第三目标运行功率和清洁能源弃电功率确定目标发电功率。
步骤a34，基于目标发电功率确定目标弃电功率，并控制电解水制氢装置、储氢装置和氢气液化装置基于目标弃电功率运行。
具体地，当清洁能源弃电功率Pa满足电解水制氢设备启动要求，即时，控制电解水制氢装置、储氢装置和氢气液化装置按照输入的清洁能源弃电功率Pa运行即可；
当清洁能源弃电功率Pa不满足电解水制氢设备启动要求，即时，需要利用外购电量，即目标弃电功率控制电解水制氢装置和氢气液化装置按照最低启动功率要求运行。
其中，目标弃电功率可以根据第一目标运行功率第二目标运行功率/>和清洁能源弃电功率Pa确定，即该目标弃电功率为：/>
步骤S405，基于运行控制数据集，经过预设遗传算法处理，得到清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统的运行控制结果。
具体地，上述步骤S405，包括：
步骤S4051，基于运行控制数据集，经过预设遗传算法处理，得到目标运行控制数据。
具体地，利用预设遗传算法对生成的满足预设约束条件集和运行条件的第一运行功率控制序列pg1,pg2,…,pgm、储氢装置的储放氢气量控制序列ΔV1,ΔV2,…,ΔVm以及氢气液化装置的第二运行功率控制序列pl1,pl2,…,plm进行寻优计算，可以得到清洁能源弃电量利用最大时的最优解，即目标运行控制数据。
其中，预设遗传算法的寻优过程如图6所示，其中，本实施例中将交叉和变异步骤的交叉概率和变异概率分别设置为0.1。
步骤S4052，利用目标运行控制数据控制清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统运行，得到运行控制结果。
具体地，利用得到清洁能源弃电量利用最大时的目标运行控制数据控制清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统运行，可以得到满足清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统安全稳定运行、清洁能源弃电量利用最大且制氢与液氢生产成本最小的运行控制结果。
本实施例提供的清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统的运行控制方法，根据清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统中电解水制氢装置和氢气液化装置的运行功率数据确定运行条件，为清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统中每个装置的安全稳定运行提供的保障，进一步，利用预设遗传算法在运行控制数据集寻优，得到满足条件的目标运行控制数据并控制清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统运行，提高了清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统运行的安全稳定性。
在本实施例中还提供了一种清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统的运行控制装置，该装置用于实现上述实施例及优选实施方式，已经进行过说明的不再赘述。如以下所使用的，术语“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。
本实施例提供一种清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统的运行控制装置，其中，如图1所示，清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统1与清洁能源监测系统2连接。如图7所示，该清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统的运行控制装置包括：
获取模块701，用于获取清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统的运行功率数据集和清洁能源监测系统发送的清洁能源弃电功率序列；
确定模块702，用于基于清洁能源弃电功率序列确定优化目标；
求解模块703，用于基于清洁能源弃电功率序列和运行功率数据集，利用优化目标和预设约束条件集，对清洁能源弃电制氢耦合氢气液化运行控制模型求解，得到清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统的运行控制数据集；
处理模块704，用于基于运行控制数据集，经过预设遗传算法处理，得到清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统的运行控制结果。
在一些可选的实施方式中，获取模块701包括：
第一获取子模块，用于获取清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统中电解水制氢装置的第一运行功率数据集、储氢装置的第二运行功率数据集和氢气液化装置的第三功率运行数据集；
第二获取子模块，用于利用清洁能源监测系统获取清洁能源发电功率序列和清洁能源用电功率序列；
第一确定子模块，用于基于清洁能源发电功率序列和清洁能源用电功率序列确定清洁能源弃电功率序列。
在一些可选的实施方式中，运行控制数据集包括：电解水制氢装置的第一运行功率控制序列、储氢装置的储放氢气量控制序列以及氢气液化装置的第二运行功率控制序列。
在一些可选的实施方式中，求解模块703包括：
第二确定子模块，用于基于清洁能源弃电功率序列和运行功率数据集，确定清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统的运行条件。
输入子模块，用于基于优化目标，将清洁能源弃电功率序列输入清洁能源弃电制氢耦合氢气液化运行控制模型，得到满足预设约束条件集和运行条件的运行控制数据集。
在一些可选的实施方式中，第二确定子模块包括：
第一确定单元，用于基于第一运行功率数据集确定电解水制氢装置的第一目标运行功率。
第二确定单元，用于基于第三功率运行数据集确定氢气液化装置的第二目标运行功率。
第三确定单元，用于基于清洁能源弃电功率序列、第一目标运行功率和第二目标运行功率，确定运行条件。
在一些可选的实施方式中，第三确定单元包括：
比对子单元，用于将清洁能源弃电功率序列中每个清洁能源弃电功率与第一目标运行功率进行比对。
第一控制子单元，用于当清洁能源弃电功率大于或等于第一目标运行功率时，控制电解水制氢装置、储氢装置和氢气液化装置基于清洁能源弃电功率运行。
确定子单元，用于当清洁能源弃电功率小于第一目标运行功率时，基于第一目标运行功率、第二目标运行功率和清洁能源弃电功率确定目标发电功率。
第二控制子单元，用于基于目标发电功率确定目标弃电功率，并控制电解水制氢装置、储氢装置和氢气液化装置基于目标弃电功率运行。
在一些可选的实施方式中，处理模块704包括：
处理子模块，用于基于运行控制数据集，经过预设遗传算法处理，得到目标运行控制数据。
控制子模块，用于利用目标运行控制数据控制清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统运行，得到运行控制结果。
在一些可选的实施方式中，清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统的运行控制装置还包括：
第一获取模块，用于获取预设约束条件集，预设约束条件集包括功率平衡约束、能量守恒和质量守恒约束以及设备参数约束。
在一些可选的实施方式中，功率平衡约束为：
Pa(t)+Pnet(t)＝Pg(t)+Pl(t)
式中：Pa(t)表示清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统在t时刻的弃电功率；Pnet(t)表示电网交换功率；Pg(t)表示清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统中电解水制氢装置在t时刻吸收的功率；Pl(t)表示清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统中氢气液化装置在t时刻吸收的功率。
在一些可选的实施方式中，能量守恒和质量守恒约束包括：氢气量与电量平衡约束、第一氢气平衡约束和第二氢气平衡约束。
在一些可选的实施方式中，设备参数约束包括：电解水制氢装置约束、氢气液化装置约束和储氢装置约束。
上述各个模块和单元的更进一步的功能描述与上述对应实施例相同，在此不再赘述。
本实施例中的清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统的运行控制装置是以功能单元的形式来呈现，这里的单元是指ASIC(Application Specific Integrated Circuit，专用集成电路)电路，执行一个或多个软件或固定程序的处理器和存储器，和/或其他可以提供上述功能的器件。
本发明实施例还提供一种计算机设备，具有上述图7所示的清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统的运行控制装置。
请参阅图8，图8是本发明可选实施例提供的一种计算机设备的结构示意图，如图8所示，该计算机设备包括：一个或多个处理器10、存储器20，以及用于连接各部件的接口，包括高速接口和低速接口。各个部件利用不同的总线互相通信连接，并且可以被安装在公共主板上或者根据需要以其它方式安装。处理器可以对在计算机设备内执行的指令进行处理，包括存储在存储器中或者存储器上以在外部输入/输出装置(诸如，耦合至接口的显示设备)上显示GUI的图形信息的指令。在一些可选的实施方式中，若需要，可以将多个处理器和/或多条总线与多个存储器和多个存储器一起使用。同样，可以连接多个计算机设备，各个设备提供部分必要的操作(例如，作为服务器阵列、一组刀片式服务器、或者多处理器系统)。图8中以一个处理器10为例。
处理器10可以是中央处理器，网络处理器或其组合。其中，处理器10还可以进一步包括硬件芯片。上述硬件芯片可以是专用集成电路，可编程逻辑器件或其组合。上述可编程逻辑器件可以是复杂可编程逻辑器件，现场可编程逻辑门阵列，通用阵列逻辑或其任意组合。
其中，存储器20存储有可由至少一个处理器10执行的指令，以使至少一个处理器10执行实现上述实施例示出的方法。
存储器20可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储根据计算机设备的使用所创建的数据等。此外，存储器20可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非瞬时存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非瞬时固态存储器件。在一些可选的实施方式中，存储器20可选包括相对于处理器10远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至该计算机设备。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
存储器20可以包括易失性存储器，例如，随机存取存储器；存储器也可以包括非易失性存储器，例如，快闪存储器，硬盘或固态硬盘；存储器20还可以包括上述种类的存储器的组合。
该计算机设备还包括通信接口30，用于该计算机设备与其他设备或通信网络通信。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，上述根据本发明实施例的方法可在硬件、固件中实现，或者被实现为可记录在存储介质，或者被实现通过网络下载的原始存储在远程存储介质或非暂时机器可读存储介质中并将被存储在本地存储介质中的计算机代码，从而在此描述的方法可被存储在使用通用计算机、专用处理器或者可编程或专用硬件的存储介质上的这样的软件处理。其中，存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体、随机存储记忆体、快闪存储器、硬盘或固态硬盘等；进一步地，存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。可以理解，计算机、处理器、微处理器控制器或可编程硬件包括可存储或接收软件或计算机代码的存储组件，当软件或计算机代码被计算机、处理器或硬件访问且执行时，实现上述实施例示出的方法。
虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。
Claims (15)
1.一种清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统的运行控制方法，其特征在于，所述清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统与清洁能源监测系统连接；所述方法包括：
获取清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统的运行功率数据集和所述清洁能源监测系统发送的清洁能源弃电功率序列；
基于所述清洁能源弃电功率序列确定优化目标；
基于所述清洁能源弃电功率序列和运行功率数据集，利用所述优化目标和预设约束条件集，对所述清洁能源弃电制氢耦合氢气液化运行控制模型求解，得到所述清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统的运行控制数据集；
基于所述运行控制数据集，经过预设遗传算法处理，得到所述清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统的运行控制结果。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统包括电解水制氢装置、储氢装置和氢气液化装置；获取清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统的运行功率数据集和所述清洁能源监测系统发送的清洁能源弃电功率序列，包括：
获取所述清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统中所述电解水制氢装置的第一运行功率数据集、所述储氢装置的第二运行功率数据集和所述氢气液化装置的第三功率运行数据集；
利用所述清洁能源监测系统获取清洁能源发电功率序列和清洁能源用电功率序列；
基于所述清洁能源发电功率序列和所述清洁能源用电功率序列确定所述清洁能源弃电功率序列。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述运行控制数据集包括：所述电解水制氢装置的第一运行功率控制序列、所述储氢装置的储放氢气量控制序列以及所述氢气液化装置的第二运行功率控制序列。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，基于所述清洁能源弃电功率序列和运行功率数据集，利用所述优化目标和预设约束条件集，对所述清洁能源弃电制氢耦合氢气液化运行控制模型求解，得到所述清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统的运行控制数据集，包括：
基于所述清洁能源弃电功率序列和运行功率数据集，确定所述清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统的运行条件；
基于所述优化目标，将所述清洁能源弃电功率序列输入所述清洁能源弃电制氢耦合氢气液化运行控制模型，得到满足所述预设约束条件集和所述运行条件的运行控制数据集。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，基于所述清洁能源弃电功率序列和运行功率数据集，确定所述清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统的运行条件，包括：
基于所述第一运行功率数据集确定所述电解水制氢装置的第一目标运行功率；
基于所述第三功率运行数据集确定所述氢气液化装置的第二目标运行功率；
基于清洁能源弃电功率序列、所述第一目标运行功率和所述第二目标运行功率，确定所述运行条件。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，基于清洁能源弃电功率序列、所述第一目标运行功率和所述第二目标运行功率，确定所述运行条件，包括：
将所述清洁能源弃电功率序列中每个清洁能源弃电功率与所述第一目标运行功率进行比对；
当所述清洁能源弃电功率大于或等于所述第一目标运行功率时，控制所述电解水制氢装置、所述储氢装置和所述氢气液化装置基于所述清洁能源弃电功率运行；
当所述清洁能源弃电功率小于所述第一目标运行功率时，基于所述第一目标运行功率、所述第二目标运行功率和所述清洁能源弃电功率确定目标发电功率；
基于所述目标发电功率确定目标弃电功率，并控制所述电解水制氢装置、所述储氢装置和所述氢气液化装置基于所述目标弃电功率运行。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述运行控制数据集，经过预设遗传算法处理，得到所述清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统的运行控制结果，包括：
基于所述运行控制数据集，经过预设遗传算法处理，得到目标运行控制数据；
利用所述目标运行控制数据控制所述清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统运行，得到所述运行控制结果。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
获取所述预设约束条件集，所述预设约束条件集包括功率平衡约束、能量守恒和质量守恒约束以及设备参数约束。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述功率平衡约束为：
Pa(t)+Pnet(t)＝Pg(t)+Pl(t)
式中：Pa(t)表示清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统在t时刻的弃电功率；Pnet(t)表示电网交换功率；Pg(t)表示清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统中电解水制氢装置在t时刻吸收的功率；Pl(t)表示清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统中氢气液化装置在t时刻吸收的功率。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述能量守恒和质量守恒约束包括：氢气量与电量平衡约束、第一氢气平衡约束和第二氢气平衡约束。
11.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述设备参数约束包括：电解水制氢装置约束、氢气液化装置约束和储氢装置约束。
12.一种清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统的运行控制装置，其特征在于，所述清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统与清洁能源监测系统连接；所述装置包括：
获取模块，用于获取清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统的运行功率数据集和所述清洁能源监测系统发送的清洁能源弃电功率序列；
确定模块，用于基于所述清洁能源弃电功率序列确定优化目标；
求解模块，用于基于所述清洁能源弃电功率序列和运行功率数据集，利用所述优化目标和预设约束条件集，对所述清洁能源弃电制氢耦合氢气液化运行控制模型求解，得到所述清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统的运行控制数据集；
处理模块，用于基于所述运行控制数据集，经过预设遗传算法处理，得到所述清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统的运行控制结果。
13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统包括电解水制氢装置、储氢装置和氢气液化装置；所述获取模块，包括：
第一获取子模块，用于获取所述清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统中所述电解水制氢装置的第一运行功率数据集、所述储氢装置的第二运行功率数据集和所述氢气液化装置的第三功率运行数据集；
第二获取子模块，用于利用所述清洁能源监测系统获取清洁能源发电功率序列和清洁能源用电功率序列；
第一确定子模块，用于基于所述清洁能源发电功率序列和所述清洁能源用电功率序列确定所述清洁能源弃电功率序列。
14.一种计算机设备，其特征在于，包括：
存储器和处理器，所述存储器和所述处理器之间互相通信连接，所述存储器中存储有计算机指令，所述处理器通过执行所述计算机指令，从而执行权利要求1至11中任一项所述的清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统的运行控制方法。
15.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机指令，所述计算机指令用于使计算机执行权利要求1至11中任一项所述的清洁能源弃电制氢耦合氢气液化系统的运行控制方法。
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