一种储氢罐梯级加注初始条件的优化方法及系统与流程

本发明属于储氢罐参数优化，具体涉及一种储氢罐梯级加注初始条件的优化方法及系统。

背景技术：

1、本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

2、近年来，随着人类面临的环境能源问题越来越严重，使用清洁能源代替化石能源成为能源领域发展的必然趋势。太阳能、风能等可再生能源可以大规模使用但受限于其固有的间歇性、波动性与随机性；而氢是一种洁净的二次能源载体，来源范围广，同时能快速方便地转换为电与热，转化效率高。因此，在氢能应用于军事、航天等领域后，各国也在近年大力推动氢能在民用领域的发展。氢能作为一种高效清洁，可再生并且反应之后不产生任何污染的理想能源，具有很好的发展前景。

3、车载储氢技术的应用对氢能发展具有推动作用，那么高压储氢罐的热效应研究对氢能源汽车的安全、高效、可靠的运行具有非常重要的意义。对于加氢站而言，在高压储氢罐充气过程中，必须满足以下两条安全标准：第一，防止在充气过程中高压储氢罐的温度过高(例如超过85℃)；第二，防止过量灌装使罐内压力超过额定工作压力(nwp)一定量(如125％)。因此，在确保高压储氢罐安全情况下，更加精确高效地给高压储氢气罐充入氢气，是加氢站现在所面临的首要问题。

4、由于初始条件对加氢过程影响较大，目前对于加氢站快速加氢技术的研究相对较少，针对加氢站加氢控制策略的研究不足。

技术实现思路

1、本发明为了解决上述问题，提出了一种储氢罐梯级加注初始条件的优化方法及系统，可以在尽可能降低能耗的前提下实现高效安全的加注目标。

2、根据一些实施例，本发明采用如下技术方案：

3、一种储氢罐梯级加注初始条件的优化方法，包括以下步骤：

4、根据质量和能量守恒方程、传热传质及流体力学，建立储氢罐梯级加注系统的模型；

5、基于所述储氢罐梯级加注系统的模型，通过改变加注参数，获得满足数量要求的模型仿真数据；

6、基于所述模型仿真数据，将其中的梯级加注时间、初始压力、初始温度及进气温度作为输入参数，以车载储氢罐的最终温度、最终压力及预冷能耗为输出参数，对人工神经网络模型进行训练，建立输入参数和输出参数的对应关系；

7、基于所述对应关系，以车载储氢罐最终温度和梯级加注系统能耗的融合结果最小作为目标函数，在约束条件下，对目标函数进行求解，实现对加注参数的寻优。

8、作为可选择的实施方式，所述储氢罐梯级加注系统包括依次连接的储氢罐、缩机、梯级储罐、减压阀、预冷器以及车载储氢罐，根据质量和能量守恒方程、传热传质及流体力学，分别建立上述部件的模型，形成储氢罐梯级加注系统的模型。

9、作为可选择的实施方式，所述加注参数包括梯级加注时间、初始压力、初始温度及进气温度。

10、作为可选择的实施方式，所述最终压力为充气的截止条件，其目标值为定值，或在一定范围内。

11、作为可选择的实施方式，所述目标函数为：

12、min(αth2′+(1-α)w′)；

13、其中，α表示该目标函数中罐内最终温度的权重，th2′和w′分别代表车载储氢罐最终温度和梯级加注系统能耗的归一化数值。

14、作为进一步的实施方式，所述车载储氢罐最终温度和梯级加注系统能耗的归一化数值的归一化过程选用mapminmax函数实现。

15、作为可选择的实施方式，所述约束条件包括：

16、车载储氢罐最终温度最大值约束；

17、加注截止条件约束；

18、加注时间最大值约束；

19、加注参数的上下阈值约束。

20、作为进一步的实施方式，加注截止条件为最终压力在设定范围内；加注时间根据快加注、慢加注两种工况，设置两种不同的最大值。

21、一种储氢罐梯级加注初始条件的优化系统，包括：

22、建模模块，被配置为根据质量和能量守恒方程、传热传质及流体力学，建立储氢罐梯级加注系统的模型；

23、仿真模块，被配置为基于所述储氢罐梯级加注系统的模型，通过改变加注参数，获得满足数量要求的模型仿真数据；

24、模型训练模块，被配置为基于所述模型仿真数据，将其中的梯级加注时间、初始压力、初始温度及进气温度作为输入参数，以车载储氢罐的最终温度、最终压力及预冷能耗为输出参数，对人工神经网络模型进行训练，建立输入参数和输出参数的对应关系；

25、寻优求解模块，被配置为基于所述对应关系，以车载储氢罐最终温度和梯级加注系统能耗的融合结果最小作为目标函数，在约束条件下，对目标函数进行求解，实现对加注参数的寻优。

26、一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，完成上述方法中的步骤。

27、一种电子设备，包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令，所述计算机指令被处理器运行时，完成上述方法中的步骤。

28、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

29、本发明中的储氢罐梯级加注初始条件的优化方法能够为加氢站加氢提供理论数据支持，保证加注快速安全且实现高效低功耗加注目标。

30、为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

技术特征：

1.一种储氢罐梯级加注初始条件的优化方法，其特征是，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的一种储氢罐梯级加注初始条件的优化方法，其特征是，所述储氢罐梯级加注系统包括依次连接的储氢罐、缩机、梯级储罐、减压阀、预冷器以及车载储氢罐，根据质量和能量守恒方程、传热传质及流体力学，分别建立上述部件的模型，形成储氢罐梯级加注系统的模型。

3.如权利要求1所述的一种储氢罐梯级加注初始条件的优化方法，其特征是，所述加注参数包括梯级加注时间、初始压力、初始温度及进气温度。

4.如权利要求1所述的一种储氢罐梯级加注初始条件的优化方法，其特征是，所述最终压力为充气的截止条件，其目标值为定值，或在一定范围内。

5.如权利要求1所述的一种储氢罐梯级加注初始条件的优化方法，其特征是，所述目标函数为：

6.如权利要求5所述的一种储氢罐梯级加注初始条件的优化方法，其特征是，所述车载储氢罐最终温度和梯级加注系统能耗的归一化数值的归一化过程选用mapminmax函数实现。

7.如权利要求1所述的一种储氢罐梯级加注初始条件的优化方法，其特征是，所述约束条件包括：

8.一种储氢罐梯级加注初始条件的优化系统，其特征是，包括：

9.一种计算机可读存储介质，其特征是，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，完成权利要求1-7中任一项所述的方法中的步骤。

10.一种电子设备，其特征是，包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令，所述计算机指令被处理器运行时，完成权利要求1-7中任一项所述的方法中的步骤。

技术总结本发明提供了一种储氢罐梯级加注初始条件的优化方法及系统，根据质量和能量守恒方程、传热传质及流体力学，建立储氢罐梯级加注系统的模型；基于储氢罐梯级加注系统的模型，通过改变加注参数，获得满足数量要求的模型仿真数据；基于仿真数据，将其中的梯级加注时间、初始压力、初始温度及进气温度作为输入参数，以车载储氢罐的最终温度、最终压力及预冷能耗为输出参数，对人工神经网络模型进行训练，建立输入参数和输出参数的对应关系；基于对应关系，以车载储氢罐最终温度和梯级加注系统能耗的融合结果最小作为目标函数，在约束条件下，对目标函数进行求解，实现对加注参数的寻优，可以在尽可能降低能耗的前提下实现高效安全的加注目标。技术研发人员：宋春艳,郭富民,葛群,陈娜,师秀钦,张博,董玉才,徐家斌,李国栋,罗浩,杨天麒,肖金生受保护的技术使用者：山东电力工程咨询院有限公司技术研发日：技术公布日：2024/8/1