一种PEM电解水制氢多层控制系统和方法与流程

本发明实施例涉及工业系统控制领域，尤其涉及一种pem电解水制氢多层控制系统和方法。

背景技术：

1、随着光伏、风电等新能源发电的快速发展，电解水制氢技术日益受到关注，被视为长周期、大规模储能的有效途径。在工业、建筑、交通等领域，氢的应用具有广阔的市场以及降碳脱碳的助力作用，加速了电解水制氢技术的推广应用。为了与光伏、风能等上游发电设备，以及与下游化工、冶金等应用领域更好地融合，单槽产氢量的提高、多槽或多系统的串并联使用(即制氢工厂的大型化)、使用寿命的延长等方面是电解水制氢技术的发展趋势。

2、pem(质子交换膜，proton exchange membrane fuel)电解水制氢，具有高流密度高、制氢能耗低、波动适应性强、响应速度快、无腐蚀性介质等特点，在近几年得到快速发展。但是，设备投资高、使用寿命短等不足之处，限制了pem电解水制氢技术的发展和应用。其中，使用寿命的延长，相当于降低了设备投资，成为pem制氢技术发展热点之一。这既需要通过研发新型催化材料、改进设备结构等方面实现，也需要通过优化控制策略实现。

3、一般地，控制策略及控制程序在pem电解水制氢设备出厂时已设置好，在实际应用后不会根据现实情况得到优化升级，使得设备控制与应用现场实际情况的脱节，导致设备难以在最优情况下运行，其使用寿命难以得到提高。现有技术中的制氢系统控制方法，例如专利cn116256978a、cn116516378b等，均不能解决上述技术问题。

技术实现思路

1、本发明实施例提供一种pem电解水制氢多层控制系统和方法，以解决上述技术问题。

2、第一方面，本发明实施例提供了一种pem电解水制氢多层控制系统，用于控制至少一个制氢系统，其中，各制氢系统包括至少一个电解槽模组，各电解槽模组包括多个电解槽；所述多层控制系统包括：感知执行模块、多个单槽控制单元、至少一个模组控制模块、至少一个系统控制模块和远程控制模块，其中，

3、所述感知执行模块用于采集各设备的运行数据，所述感知执行模块包括各类传感器及相应的调节阀，以及电能管理控制单元；

4、各单槽控制单元用于根据所述运行数据，对单一电解槽进行调节控制；

5、各模组控制模块用于根据所述运行数据，对单一模组内的至少一个电解槽和/或共用辅助设备进行调节控制；

6、各系统控制模块用于根据所述运行数据，对单一制氢系统进行调节控制；

7、所述远程控制模块用于根据所述运行数据更新各单槽控制单元、各模组控制模块和各系统控制模块中至少之一的控制策略；

8、其中，各电解槽需要调整时，如果在各单槽控制单元的调节能力内，由各单槽控制单元对各电解槽进行调节控制；如果超出各单槽控制单元的调节能力，或各单槽控制单元调节后未达到预期，由各电解槽所属的模组控制模块进行调节控制；如果各模组控制模块调节后未达到预期，由各模组控制模块所属的系统控制模块进行调节控制。

9、第二方面，本发明实施例提供了一种pem电解水制氢多层控制方法，用于控制至少一个制氢系统，其中，各制氢系统包括至少一个电解槽模组，各电解槽模组包括多个电解槽；

10、所述方法包括：

11、所述感知执行模块采集各设备的运行数据，所述感知执行模块包括各类传感器及相应的调节阀，以及电能管理控制单元；

12、各单槽控制单元根据所述运行数据，对单一电解槽进行调节控制；

13、各模组控制模块根据所述运行数据，对单一模组内的至少一个电解槽和/或共用辅助设备进行调节控制；

14、各系统控制模块根据所述运行数据，对单一制氢系统进行调节控制；

15、所述远程控制模块根据所述运行数据更新各单槽控制单元、各模组控制模块和各系统控制模块中至少之一的控制策略；

16、其中，各电解槽需要调整时，如果在各单槽控制单元的调节能力内，由各单槽控制单元对各电解槽进行调节控制；如果超出各单槽控制单元的调节能力，或各单槽控制单元调节后未达到预期，由各电解槽所属的模组控制模块进行调节控制；如果各模组控制模块调节后未达到预期，由各模组控制模块所属的系统控制模块进行调节控制。

17、本发明实施例提供了一种基于远程智能互联的pem电解水制氢系统，为每个电解槽设置独立的单槽控制单元，能够在一定范围内单独控制槽的运行状态，延长电解槽的使用寿命；同时，优先通过单槽调整使模组内各电解槽的剩余寿命保持平衡，延缓整个模组的寿命衰减，必要时再启动模组控制模块对多个电解槽进行调控，尽量避免模组调整对其它电解槽带来大幅度影响；系统层级的调整类似，通过上述逐层控制逻辑能够实现多样化精准调整。此外，随着制氢设备运行时间的增加，本实施例可以分析设备性能的变化趋势，必要时通过远程控制模块对各级控制策略持续不断的优化、升级，使得制氢设备在不同应用条件、不同时间阶段运行在相对优选状态，实现设备的远程运行维护，延长设备的使用寿命。

技术特征：

1.一种pem电解水制氢多层控制系统，其特征在于，用于控制至少一个制氢系统，其中，各制氢系统包括至少一个电解槽模组，各电解槽模组包括多个电解槽；所述多层控制系统包括：感知执行模块、多个单槽控制单元、至少一个模组控制模块、至少一个系统控制模块和远程控制模块，其中，

2.根据权利要求1所述的多层控制系统，其特征在于，所述各单槽控制单元通过如下方式对单一电解槽进行调节控制：

3.根据权利要求2所述的多层控制系统，其特征在于，所述如果超出各单槽控制单元的调节能力，或各单槽控制单元调节后未达到预期，由各电解槽所属的模组控制模块进行调节控制，包括：

4.根据权利要求3所述的多层控制系统，其特征在于，所述如果各模组控制模块调节后未达到预期，由各模组控制模块所属的系统控制模块进行调节控制，包括：

5.根据权利要求1所述的多层控制系统，其特征在于，如果所述剩余寿命相较于当前预期的寿命缩短x％，则通过阀门开度和泵转速的调节将所述电解槽的水电导率减小y％，和/或通过电能管理控制单元将所述电解槽的电流减小y％，和/或通过阀门开度的调节将所述电解槽的水流减小y％，其中，当5<x≤10时，y＝x；当10<x≤20时，y＝kx，1.0＜k≤1.2；当20<x≤30，y＝kx，1.2＜k≤1.5；或

6.根据权利要求1所述的多层控制系统，其特征在于，任一制氢系统运行平稳后，所述制氢系统内各电解槽模组和各电解槽在调整前的剩余寿命，以及所述制氢系统内各级控制单元和控制模块平稳后的控制策略，成套存储于所述远程控制模块的策略库内；

7.根据权利要求6所述的多层控制系统，其特征在于，所述根据各第二电解槽所在模组内各电解槽剩余寿命的分布情况选取最优第二电解槽，包括：

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一电解槽和各第二电解槽分别在各自序列中的位置，分别计算所述第一电解槽所在序列与各第二电解槽所在序列的相似度，包括：

9.根据权利要求1所述的多层控制系统，其特征在于，所述远程控制模块通过如下方式更新各单槽控制单元、各模组控制模块和各系统控制模块中至少之一的控制策略：

10.一种pem电解水制氢多层控制方法，其特征在于，用于控制至少一个制氢系统，其中，各制氢系统包括至少一个电解槽模组，各电解槽模组包括多个电解槽；

技术总结本发明实施例公开了一种PEM电解水制氢多层控制系统和方法。其中，系统包括：所述感知执行模块用于采集各设备的运行数据，所述感知执行模块包括各类传感器及相应的调节阀，以及电能管理控制单元；各单槽控制单元用于根据所述运行数据，对单一电解槽进行调节控制；各模组控制模块用于根据所述运行数据，对单一模组内的至少一个电解槽和/或共用辅助设备进行调节控制；各系统控制模块用于根据所述运行数据，对单一制氢系统进行调节控制；所述远程控制模块用于根据所述运行数据更新各单槽控制单元、各模组控制模块和各系统控制模块中至少之一的控制策略。本实施例能够实现单槽层面的多样化控制，并能根据设备状况更新控制策略。技术研发人员：米万良,李志远,米万贵受保护的技术使用者：北京氢羿能源科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/4/22