一种水电解制氢氧系统压力控制方法及系统与流程

1.本发明涉及碱性水电解槽设备控制技术领域，特别是一种水电解制氢氧系统压力控制方法及系统。

背景技术：

2.水电解制氢氧系统压力控制对于系统平稳运行，提升气体品质，降低能耗，减缓设备腐蚀具有重要意义。现有水电解制氢氧系统压力控制为人为设定，且基本为定值。
3.现有技术中压力控制未能考虑电解槽功率波动带来的影响，导致系统内气体体积流量变化较大，系统中的气液分离环节不稳定，导致产品气纯度不稳定，系统稳定性较差，无法较好地适应功率波动的电源，比如可再生能源电力，也无法自适应电网调峰等。

技术实现要素：

4.有鉴于现有技术中存在的上述问题，本发明实施例提供一种能够实现水电解制氢氧系统压力的自动控制，根据电解槽电流载荷，即气体产量的变化、温度的变化而实时调整系统压力，实现产品气体品质稳定，提高电解槽运行的安全性和稳定性的水电解制氢氧系统压力控制方法及系统。
5.本发明实施例提供一种水电解制氢氧系统压力控制方法，包括：
6.获取通过数据采集装置监测采集的电解槽总电流、工作温度和工作压力，结合电解槽的额定电流和额定温度，确定第一压力调节系数；
7.在当前迭代周期内，基于所述第一压力调节系数、所述工作压力和电解槽的额定压力，确定所述当前迭代周期内的第一设定压力，基于所述第一设定压力控制压力控制器的开度，以使所述工作压力向所述第一设定压力收敛；
8.在所述当前迭代周期之后的每一个迭代周期开始时，在所述每一个迭代周期所对应的单个迭代周期内均获取通过所述数据采集装置监测采集的实际电解槽总电流、实际工作温度和实际工作压力，结合所述额定电流和所述额定温度，确定第二压力调节系数；
9.在所述每一个迭代周期所对应的单个迭代周期内，均基于所述第二压力调节系数、所述实际工作压力和所述额定压力，确定所述单个迭代周期内的第二设定压力，基于所述第二设定压力控制所述压力控制器的开度，以使所述相应单个迭代周期内所述电解槽的工作压力向所述第二设定压力收敛。
10.在本发明的一些实施例中，若所述第一压力调节系数或所述第二压力调节系数不小于1，则取所述第一压力调节系数和所述第二压力调节系数为1。
11.在本发明的一些实施例中，所述获取通过数据采集装置监测采集的电解槽总电流、工作温度和工作压力，结合电解槽的额定电流和额定温度，确定第一压力调节系数，具体为：
12.13.其中，a为第一压力调节系数；
14.i0为额定电流；
15.t0为额定温度，绝对温度，单位开尔文(k)；
16.i为电解槽总电流；
17.t为工作温度，绝对温度，单位开尔文(k)。
18.在本发明的一些实施例中，所述基于所述第一压力调节系数、所述工作压力和电解槽的额定压力，确定所述当前迭代周期内的第一设定压力，具体为：
19.p
设
＝a p020.其中，p
设
为第一设定压力；
21.p0为额定压力。
22.在本发明的一些实施例中，所述迭代周期为100s-150s。
23.本发明实施例还提供了一种水电解制氢氧系统压力控制系统，包括：
24.数据采集装置，其用于监测采集电解槽总电流、工作温度和工作压力；
25.控制单元，其用于获取所述电解槽总电流、所述工作温度和所述工作压力，结合电解槽的额定电流和额定温度，确定第一压力调节系数；
26.在当前迭代周期内，基于所述第一压力调节系数、所述工作压力和电解槽的额定压力，确定所述当前迭代周期内的第一设定压力，基于所述第一设定压力控制压力控制器的开度，以使所述工作压力向所述第一设定压力收敛；
27.在所述当前迭代周期之后的每一个迭代周期开始时，在所述每一个迭代周期所对应的单个迭代周期内均获取通过所述数据采集装置监测采集的实际电解槽总电流、实际工作温度和实际工作压力，结合所述额定电流和所述额定温度，确定第二压力调节系数；
28.在所述每一个迭代周期所对应的单个迭代周期内，均基于所述第二压力调节系数、所述实际工作压力和所述额定压力，确定所述单个迭代周期内的第二设定压力，基于所述第二设定压力控制所述压力控制器的开度，以使所述相应单个迭代周期内所述电解槽的工作压力向所述第二设定压力收敛。
29.在本发明的一些实施例中，若所述第一压力调节系数或所述第二压力调节系数不小于1，则取所述第一压力调节系数和所述第二压力调节系数为1。
30.在本发明的一些实施例中，所述获取通过数据采集装置监测采集的电解槽总电流、工作温度和工作压力，结合电解槽的额定电流和额定温度，确定第一压力调节系数，具体为：
[0031][0032]
其中，a为第一压力调节系数；
[0033]
i0为额定电流；
[0034]
t0为额定温度，绝对温度，单位开尔文(k)；
[0035]
i为电解槽总电流；
[0036]
t为工作温度，绝对温度，单位开尔文(k)。
[0037]
在本发明的一些实施例中，所述基于所述第一压力调节系数、所述工作压力和电解槽的额定压力，确定所述当前迭代周期内的第一设定压力，具体为：
[0038]
p
设
＝a p0[0039]
其中，p
设
为第一设定压力；
[0040]
p0为额定压力。
[0041]
在本发明的一些实施例中，所述迭代周期为0s-7200s。
[0042]
与现有技术相比，本发明实施例提供的水电解制氢氧系统压力控制方法及系统的有益效果在于：其能够在实施压力自动控制时，使得压力可根据系统状态参数的变化而实时调节压力，适应系统状态的实时变化。实现产品气体品质稳定，提高电解槽运行的安全性和稳定性。
附图说明
[0043]
图1为本发明实施例的水电解制氢氧系统压力控制方法应用于并联电解槽的控制示意图；
[0044]
图2为本发明实施例的水电解制氢氧系统压力控制方法应用于串联电解槽的控制示意图。
具体实施方式
[0045]
为使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细说明。
[0046]
此处参考附图描述本技术的各种方案以及特征。
[0047]
通过下面参照附图对给定为非限制性实例的实施例的优选形式的描述，本技术的这些和其它特性将会变得显而易见。
[0048]
还应当理解，尽管已经参照一些具体实例对本技术进行了描述，但本领域技术人员能够确定地实现本技术的很多其它等效形式，它们具有如权利要求所述的特征并因此都位于借此所限定的保护范围内。
[0049]
当结合附图时，鉴于以下详细说明，本技术的上述和其它方面、特征和优势将变得更为显而易见。
[0050]
此后参照附图描述本技术的具体实施例；然而，应当理解，所申请的实施例仅仅是本技术的实例，其可采用多种方式实施。熟知和/或重复的功能和结构并未详细描述以根据用户的历史的操作，判明真实的意图，避免不必要或多余的细节使得本技术模糊不清。因此，本文所申请的具体的结构性和功能性细节并非意在限定，而是仅仅作为权利要求的基础和代表性基础用于教导本领域技术人员以实质上任意合适的详细结构多样地使用本技术。
[0051]
本说明书可使用词组“在一种实施例中”、“在另一个实施例中”、“在又一实施例中”或“在其它实施例中”，其均可指代根据本技术的相同或不同实施例中的一个或多个。
[0052]
本发明实施例提供一种水电解制氢氧系统压力控制方法，其可应用于一具有数据采集装置、控制单元以及相应执行部件的电解设备，所述控制方法为电解槽电流载荷-系统温度-压力关联法，其控制逻辑为：水电解制氢氧控制系统自动监测电解槽总电流、温度、压力，根据克拉伯龙方程，维持系统内气体体积流量恒定，来决定系统运行的压力。
[0053]
具体地，所述的水电解制氢氧系统压力控制方法，是一种用户自定义设定压力，由
设定压力与实测的系统压力p比较来决定执行机构(压力控制器)的动作，进而调节系统压力，从而实现稳定系统压力的方法；所述的系统压力由压力采样装置采集；所述的设定压力可以是用户自定义变量(手动)，也可以是一个迭代量(自动)，每个周期迭代一次，其值等于周期初始时，实际的电流乘以实际温度(绝对温度)除以额定电流与额定温度，以上数值记为压力调节系数，压力调节系数乘以额定压力(表压)，迭代给设定压力，当压力调节系数≥1时，取1。迭代周期可以为用户自定义量，取值范围可以为0.01s-1800s之间的任意值，一般选取可以取120s-1200s之间的某一值。如图1和图2所示，所述控制方法具体包括：
[0054]
获取通过数据采集装置监测采集的电解槽总电流、工作温度和工作压力，结合电解槽的额定电流和额定温度，确定第一压力调节系数；
[0055]
在当前迭代周期内，基于所述第一压力调节系数、所述工作压力和电解槽的额定压力，确定所述当前迭代周期内的第一设定压力，基于所述第一设定压力控制压力控制器的开度，以使所述工作压力向所述第一设定压力收敛；
[0056]
在所述当前迭代周期之后的每一个迭代周期开始时，在所述每一个迭代周期所对应的单个迭代周期内均获取通过所述数据采集装置监测采集的实际电解槽总电流、实际工作温度和实际工作压力，结合所述额定电流和所述额定温度，确定第二压力调节系数；
[0057]
在所述每一个迭代周期所对应的单个迭代周期内，均基于所述第二压力调节系数、所述实际工作压力和所述额定压力，确定所述单个迭代周期内的第二设定压力，基于所述第二设定压力控制所述压力控制器的开度，以使所述相应单个迭代周期内所述电解槽的工作压力向所述第二设定压力收敛。
[0058]
在本发明的一些实施例中，若所述第一压力调节系数或所述第二压力调节系数不小于1，则取所述第一压力调节系数和所述第二压力调节系数为1。
[0059]
在本发明的一些实施例中，所述获取通过数据采集装置监测采集的电解槽总电流、工作温度和工作压力，结合电解槽的额定电流和额定温度，确定第一压力调节系数，具体为：
[0060][0061]
其中，a为第一压力调节系数；
[0062]
i0为额定电流；
[0063]
t0为额定温度，绝对温度，单位开尔文(k)；
[0064]
i为电解槽总电流；
[0065]
t为工作温度，绝对温度，单位开尔文(k)。
[0066]
进一步地，在本实施例中，所述基于所述第一压力调节系数、所述工作压力和电解槽的额定压力，确定所述当前迭代周期内的第一设定压力，具体为：
[0067]
p
设
＝a p0[0068]
其中，p
设
为第一设定压力；
[0069]
p0为额定压力。
[0070]
通过上述技术方案可知，本发明上述实施例提供的水电解制氢氧系统压力控制方法及系统，能够在实施压力自动控制时，使得压力可根据系统状态参数的变化而实施调节压力，适应系统状态的实时变化。实现产品气体品质稳定，提高电解槽运行的安全性和稳定
性。
[0071]
在本实施例中，所述迭代周期可以设置为0s-7200s。
[0072]
为了便于对上述技术方案的理解，以示例进行详细说明，设定，水电解制氢氧系统的额定压力p0＝3.2mpa，电解槽的额定电流i0＝820a，额定温度t0＝368k(绝对温度)；通过数据采集装置监测采集到的电解槽总电流i＝410a，工作温度t＝353k，工作压力p＝1.6mpa，设定迭代周期s＝120s，工作压力设定为自动，进而确定第一压力调节系数，具体为：
[0073]
将实际的电流乘以实际温度(绝对温度)除以额定电流与额定温度的乘积，以上数值记为第一压力调节系数a，
[0074][0075]
p
设
＝a p0＝0.48
×
3.2＝1.536(mpa)
[0076]
其中，p
设
为第一设定压力。
[0077]
控制单元通过比较工作压力与第一设定压力来控制压力控制器的开度，进而调节工作压力逐渐向第一设定压力p
设
＝1.536收敛。
[0078]
进一步地，当迭代周期s＝120秒时，s归零，开始下一迭代周期，此时控制单元读取：系统额定压力p0＝3.2mpa，电解槽的额定电流i0＝820a，额定温度t0＝368k；数据采集装置监测采集到电解槽总电流i＝600a，工作温度t＝353k，工作压力p＝1.536mpa，迭代周期s＝120s，工作压力设定为自动，此时，计算第二压力调节系数，为：
[0079][0080]
p
设
＝a p0＝0.702
×
3.2＝2.25(mpa)
[0081]
控制单元通过比较工作压力与第二设定压力来控制压力控制器的开度，进而调节工作压力p逐渐向第二设定压力p
设
＝2.25收敛。
[0082]
在本迭代周期s＝120秒时，s归零，再次进入下一迭代周期，此时，控制单元读取：系统额定压力p0＝3.2mpa，电解槽的额定电流i0＝820a，额定温度t0＝368k；数据采集装置监测采集到电解槽总电流i＝850a，工作温度t＝360k，工作压力p＝2.25mpa，迭代周期s＝120s，工作压力设定为自动，此时，进一步计算压力调节系数(可以为第三压力调节系数，对应为第三个迭代周期，即，为所述当前迭代周期之后的每一个迭代周期中的一个迭代周期)，为：
[0083][0084]
此时，a≥1，取a＝1，
[0085]
p
设
＝a p0＝1
×
3.2＝3.2(mpa)
[0086]
控制单元通过比较工作压力与此时的设定压力来控制压力控制器的开度，进而调节工作压力p逐渐向此时的设定压力p
设
＝3.2收敛。
[0087]
本发明实施例还提供了一种水电解制氢氧系统压力控制系统，包括：
[0088]
数据采集装置，其用于监测采集电解槽总电流、工作温度和工作压力；
[0089]
控制单元，其用于获取所述电解槽总电流、所述工作温度和所述工作压力，结合电解槽的额定电流和额定温度，确定第一压力调节系数；
[0090]
在当前迭代周期内，基于所述第一压力调节系数、所述工作压力和电解槽的额定压力，确定所述当前迭代周期内的第一设定压力，基于所述第一设定压力控制压力控制器的开度，以使所述工作压力向所述第一设定压力收敛；
[0091]
在所述当前迭代周期之后的每一个迭代周期开始时，在所述每一个迭代周期所对应的单个迭代周期内均获取通过所述数据采集装置监测采集的实际电解槽总电流、实际工作温度和实际工作压力，结合所述额定电流和所述额定温度，确定第二压力调节系数；
[0092]
在所述每一个迭代周期所对应的单个迭代周期内，均基于所述第二压力调节系数、所述实际工作压力和所述额定压力，确定所述单个迭代周期内的第二设定压力，基于所述第二设定压力控制所述压力控制器的开度，以使所述相应单个迭代周期内所述电解槽的工作压力向所述第二设定压力收敛。
[0093]
在本发明的一些实施例中，若所述第一压力调节系数或所述第二压力调节系数不小于1，则取所述第一压力调节系数和所述第二压力调节系数为1。
[0094]
在本发明的一些实施例中，所述获取通过数据采集装置监测采集的电解槽总电流、工作温度和工作压力，结合电解槽的额定电流和额定温度，确定第一压力调节系数，具体为：
[0095][0096]
其中，a为第一压力调节系数；
[0097]
i0为额定电流；
[0098]
t0为额定温度，绝对温度，单位开尔文(k)；
[0099]
i为电解槽总电流；
[0100]
t为工作温度，绝对温度，单位开尔文(k)。
[0101]
在本发明的一些实施例中，所述基于所述第一压力调节系数、所述工作压力和电解槽的额定压力，确定所述当前迭代周期内的第一设定压力，具体为：
[0102]
p
设
＝a p0[0103]
其中，p
设
为第一设定压力；
[0104]
p0为额定压力。
[0105]
在本发明的一些实施例中，所述迭代周期为100s-50s。
[0106]
以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。

技术特征：

1.一种水电解制氢氧系统压力控制方法，其特征在于，包括：获取通过数据采集装置监测采集的电解槽总电流、工作温度和工作压力，结合电解槽的额定电流和额定温度，确定第一压力调节系数；在当前迭代周期内，基于所述第一压力调节系数、所述工作压力和电解槽的额定压力，确定所述当前迭代周期内的第一设定压力，基于所述第一设定压力控制压力控制器的开度，以使所述工作压力向所述第一设定压力收敛；在所述当前迭代周期之后的每一个迭代周期开始时，在所述每一个迭代周期所对应的单个迭代周期内均获取通过所述数据采集装置监测采集的实际电解槽总电流、实际工作温度和实际工作压力，结合所述额定电流和所述额定温度，确定第二压力调节系数；在所述每一个迭代周期所对应的单个迭代周期内，均基于所述第二压力调节系数、所述实际工作压力和所述额定压力，确定所述单个迭代周期内的第二设定压力，基于所述第二设定压力控制所述压力控制器的开度，以使所述相应单个迭代周期内所述电解槽的工作压力向所述第二设定压力收敛。2.根据权利要求1所述的水电解制氢氧系统压力控制方法，其特征在于，若所述第一压力调节系数或所述第二压力调节系数不小于1，则取所述第一压力调节系数和所述第二压力调节系数为1。3.根据权利要求2所述的水电解制氢氧系统压力控制方法，其特征在于，所述获取通过数据采集装置监测采集的电解槽总电流、工作温度和工作压力，结合电解槽的额定电流和额定温度，确定第一压力调节系数，具体为：其中，a为第一压力调节系数；i0为额定电流；t0为额定温度，绝对温度，单位开尔文(k)；i为电解槽总电流；t为工作温度，绝对温度，单位开尔文(k)。4.根据权利要求3所述的水电解制氢氧系统压力控制方法，其特征在于，所述基于所述第一压力调节系数、所述工作压力和电解槽的额定压力，确定所述当前迭代周期内的第一设定压力，具体为：p
设
＝a p0其中，p
设
为第一设定压力；p0为额定压力。5.根据权利要求1所述的水电解制氢氧系统压力控制方法，其特征在于，所述迭代周期为0s-7200s。6.一种水电解制氢氧系统压力控制系统，其特征在于，包括：数据采集装置，其用于监测采集电解槽总电流、工作温度和工作压力；控制单元，其用于获取所述电解槽总电流、所述工作温度和所述工作压力，结合电解槽的额定电流和额定温度，确定第一压力调节系数；
在当前迭代周期内，基于所述第一压力调节系数、所述工作压力和电解槽的额定压力，确定所述当前迭代周期内的第一设定压力，基于所述第一设定压力控制压力控制器的开度，以使所述工作压力向所述第一设定压力收敛；在所述当前迭代周期之后的每一个迭代周期开始时，在所述每一个迭代周期所对应的单个迭代周期内均获取通过所述数据采集装置监测采集的实际电解槽总电流、实际工作温度和实际工作压力，结合所述额定电流和所述额定温度，确定第二压力调节系数；在所述每一个迭代周期所对应的单个迭代周期内，均基于所述第二压力调节系数、所述实际工作压力和所述额定压力，确定所述单个迭代周期内的第二设定压力，基于所述第二设定压力控制所述压力控制器的开度，以使所述相应单个迭代周期内所述电解槽的工作压力向所述第二设定压力收敛。7.根据权利要求6所述的水电解制氢氧系统压力控制系统，其特征在于，若所述第一压力调节系数或所述第二压力调节系数不小于1，则取所述第一压力调节系数和所述第二压力调节系数为1。8.根据权利要求7所述的水电解制氢氧系统压力控制系统，其特征在于，所述获取通过数据采集装置监测采集的电解槽总电流、工作温度和工作压力，结合电解槽的额定电流和额定温度，确定第一压力调节系数，具体为：其中，a为第一压力调节系数；i0为额定电流；t0为额定温度，绝对温度，单位开尔文(k)；i为电解槽总电流；t为工作温度，绝对温度，单位开尔文(k)。9.根据权利要求8所述的水电解制氢氧系统压力控制系统，其特征在于，所述基于所述第一压力调节系数、所述工作压力和电解槽的额定压力，确定所述当前迭代周期内的第一设定压力，具体为：p
设
＝a p0其中，p
设
为第一设定压力；p0为额定压力。10.根据权利要求6所述的水电解制氢氧系统压力控制系统，其特征在于，所述迭代周期为0s-7200s。

技术总结

本发明实施例公开了一种水电解制氢氧系统压力控制方法及系统，该方法包括获取电解槽总电流、工作温度和工作压力，结合额定电流和额定温度，确定第一压力调节系数；在当前迭代周期内，基于第一压力调节系数、工作压力和电解槽的额定压力，确定第一设定压力，以控制压力控制器的开度；在当前迭代周期之后的每一个迭代周期开始时，均获取实际电解槽总电流、实际工作温度和实际工作压力，结合额定电流和额定温度，确定第二压力调节系数；基于第二压力调节系数、实际工作压力和额定压力，确定单个迭代周期内的第二设定压力，基于第二设定压力控制压力控制器的开度，以使相应单个迭代周期内电解槽的工作压力向第二设定压力收敛。内电解槽的工作压力向第二设定压力收敛。内电解槽的工作压力向第二设定压力收敛。