一种基于耦合电解水制氢系统的能量转化自适应调整方法

技术领域

本发明涉及能源供应技术领域，特别涉及一种基于耦合电解水制氢系统的能量转化自适应调整方法。

背景技术

随着减碳减排的普及深入，氢能航空是目前航空业未来实现污染物零排放和可持续发展的关键；其中，中短途航班采用氢能推进对减轻气候影响的效果非常显著，但当天气条件变化较大时，若不采取一定的手段来控制直接耦合系统，则极易导致该系统的最大功率点与电解槽的工作点不匹配，导致直接耦合失配，无法保证系统的安全稳定运行。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于耦合电解水制氢能量转化的自适应调整方法，主要解决了现有技术中所提到的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于耦合电解水制氢系统的能量转化自适应调整方法，包括以下步骤：

S1、设定耦合电解水制氢系统的网络参数、SAMODE参数和变量控制范围，随机产生初始种群P

S2、对所述初始种群P

S3、所述初始种群P

S4、判断所述父代种群P

若所述父代种群P

若所述父代种群P

优选的，所述S2中，所述试验种群Q

通过潮流计算，求出所述初始种群P

优选的，所述S2中，所述控制参数的自适应调整方法具体包括：首先对所述控制参数进行变异处理，然后对变异处理后的所述控制参数进行交叉处理。

优选的，所述S3中，所述临时种群P

一种耦合电解水制氢系统，所述制氢系统包括：

电解水制氢单元，所述电解水制氢单元通过光伏发电组件提供电能对水进行电解，并将电解后产生的氢气和氧气通过氢氧分离器进行分离，所述氢气通过压缩储存单元压缩后储存到氢气罐内，所述氧气通过压缩储存单元压缩后储存到氧气罐内，所述氢气罐和所述氧气罐用于给所述耦合电解水制氢系统的动力驱动单元提供能量；

控制模块，所述控制模块分别与所述电解水制氢单元、所述光伏发电组件和所述动力驱动单元电连接，所述控制模块利用上述所述的方法进行耦合电解水制氢系统的能量转化自适应调整。

优选的，所述动力驱动单元设置有燃料电池、电推力器、氢氧发动机组、生保系统、供整器电力单元和水循环利用单元，所述控制模块分别与所述燃料电池、所述电推力器、所述氢氧发动机组、所述生保系统、所述供整器电力单元和所述水循环利用单元电连接；

所述氧气用于给所述生保系统供氧；

所述氢气用于给所述电推力器提供动力；

所述氢气和所述氧气可共同用作所述燃料电池与所述氢氧发动机组的燃料；

所述燃料电池用于给所述电推力器、所述供整器电力单元、所述水循环利用单元和所述控制模块提供电能。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明中，该制氢系统中的控制模块通过利用动态及静态(D/S)混合调整方法，改变耦合电解水制氢系统的电解槽个数、电解槽温度参数进行自适应调整，便于该耦合电解水制氢系统的工作点与电解槽最大功率点达到最佳匹配，将氢能供应系统的能量损失减至最小，从而降低氢能供应因航程距离造成的经济成本差异，保证系统的安全稳定运行。

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为本发明的一种耦合电解水制氢系统的系统框图；

图2为本发明的一种基于耦合电解水制氢系统的能量转化自适应调整方法的流程图；

图中：电解水制氢单元1、光伏发电组件2、氢氧分离器3、压缩储存单元4、氢气罐41、氧气罐42、动力驱动单元5、燃料电池51、电推力器52、氢氧发动机组53、生保系统54、供整器电力单元55、水循环利用单元56、控制模块6。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅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，本领域普通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。

如图1所示，为了以环保的方式制备氢气，并保证氢能的高效供应链体系在航空业上得到最大化稳定应用，本发明提供一种耦合电解水制氢系统，包括电解水制氢单元1(本实施例中可采用PEM电解槽)和控制模块6，电解水制氢单元1通过光伏发电组件2提供电能对水进行电解，并将电解后产生的氢气和氧气通过氢氧分离器3进行分离，氢气通过压缩储存单元4压缩后储存到氢气罐41内，氧气通过压缩储存单元4压缩后储存到氧气罐42内，氢气罐41和氧气罐42用于给耦合电解水制氢系统的动力驱动单元5提供能量；控制模块6分别与电解水制氢单元1、光伏发电组件2和动力驱动单元5电连接，其中，动力驱动单元5设置有燃料电池51、电推力器52、氢氧发动机组53、生保系统54、供整器电力单元55、水循环利用单元56和控制模块6，控制模块6分别与燃料电池51、电推力器52、氢氧发动机组53、生保系统54、供整器电力单元55和水循环利用单元56电连接；氧气罐42能够单独用于给生保系统54供氧；氢气罐41能够单独用于给电推力器52提供动力；氢气罐41和氧气罐42还可以共同用于给燃料电池51与氢氧发动机组53供给燃料；燃料电池51用于给电推力器52、供整器电力单元55、水循环利用单元56和控制模块6提供电能。

如图2所示，为了使得该耦合电解水制氢系统达到能量的传送效率最高，可以将耦合电解水制氢能量转化问题认为是一个高维复杂的多目标优化问题，同时为了提高多目标优化问题的收敛性和解集分布性，将基于自适应多目标差分进化算法应用到耦合电解水制氢系统中，用于对耦合电解水制氢系统进行自适应调整，保障耦合电解水制氢系统的正常稳定运行，以满足航空业对动力能源运输的要求；为此，本发明还提供一种基于耦合电解水制氢系统的能量转化自适应调整方法，使得该耦合电解水制氢系统中的控制模块6利用该方法进行能量转化自适应调整，包括以下步骤：

步骤一、首先设定耦合电解水制氢系统中控制模块6的网络参数、SAMODE参数和变量控制范围，然后随机产生初始种群P

需要说明的是：动力驱动单元5中的氢氧发电机组电压为连续变量，其变量控制范围设定在氢氧发电机组电压的最大值和最小值之间，且动力驱动单元5中的可调变压器的分接头位置和并联电容器的投切组数为离散变量；为此，本实施例采用混合编码的方式生成初始种群P

步骤二、再通过潮流计算，求出初始种群P

步骤三、初始种群P

步骤四、判断父代种群P

本发明中，该制氢系统中的控制模块6通过利用动态及静态(D/S)混合调整方法，改变耦合电解水制氢系统的电解槽个数、电解槽温度参数进行自适应调整，便于该耦合电解水制氢系统的工作点与电解槽最大功率点达到最佳匹配，将氢能供应系统的能量损失减至最小，从而降低氢能供应因航程距离造成的经济成本差异，保证系统的安全稳定运行。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。