一种电解槽健康度的计算方法、装置及制氢系统

技术领域

本发明涉及电解槽健康度计算领域，更具体的说，涉及一种电解槽健康度的计算方法、装置及制氢系统。

背景技术

大规模可再生能源耦合电解制氢不仅可有效提升可再生能源发电系统的能源利用效率，同时减少碳排放。电解槽作为电气转换设备，是可再生能源电解水制氢技术的关键装备。

目前，在可再生能源电解水制氢技术中，亟需对电解槽的健康度进行监控，以在电解槽健康度较低时，及时调整电解槽的工作模式，避免影响电解水制氢的可靠性。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种电解槽健康度的计算方法、装置及制氢系统，以解决亟需对电解槽的健康度进行监控的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：

一种电解槽健康度的计算方法，包括：

从确定的电解槽的健康度指标的指标值中，筛选出所述健康度指标的最优指标值；

基于所述健康度指标的最优指标值，以及所述电解槽的健康度指标的指标值，计算所述健康度指标的平均离差；

根据所述健康度指标的平均离差，确定所述健康度指标的权重系数；

利用所述电解槽的健康度指标的指标值，以及所述健康度指标的权重系数，计算所述电解槽的健康度。

可选地，所述健康度指标包括电解槽运行时长、电解槽启停次数和电解槽运行电压；

从确定的电解槽的健康度指标的指标值中，筛选出所述健康度指标的最优指标值，包括：

获取电解槽的运行数据；

基于所述电解槽的运行数据，确定所述电解槽的健康度指标的指标值；

从所述电解槽的健康度指标的指标值中，筛选出所述健康度指标的最小的指标值，并作为所述健康度指标的最优指标值。

可选地，基于所述健康度指标的最优指标值，以及所述电解槽的健康度指标的指标值，计算所述健康度指标的平均离差，包括：

基于所述电解槽的健康度指标的指标值，以及所述健康度指标的最优指标值，计算所述电解槽的所述健康度指标的离差；

根据所述电解槽的所述健康度指标的离差，计算所述健康度指标的平均离差。

可选地，基于所述电解槽的健康度指标的指标值，以及所述健康度指标的最优指标值，计算所述电解槽的所述健康度指标的离差，包括：

将所述电解槽的健康度指标的指标值与所述健康度指标的最优指标值之差，作为所述电解槽的所述健康度指标的离差。

可选地，根据所述电解槽的所述健康度指标的离差，计算所述健康度指标的平均离差，包括：

将所述电解槽的所述健康度指标的离差的平均值，作为所述健康度指标的平均离差。

可选地，根据所述健康度指标的平均离差，确定所述健康度指标的权重系数，包括：

计算所述健康度指标的平均离差之和；

将所述健康度指标的平均离差与平均离差之和的商，作为权重系数；

按照权重系数分配规则，对所述健康度指标进行权重系数分配操作，以得到所述健康度指标的权重系数。

可选地，利用所述电解槽的健康度指标的指标值，以及所述健康度指标的权重系数，计算所述电解槽的健康度，包括：

对所述电解槽的健康度指标的指标值，以及所述健康度指标的权重系数进行加权求和操作，并将加权求和操作得到的结果作为所述电解槽的健康度。

一种电解槽健康度的计算装置，包括：

指标筛选模块，用于从确定的电解槽的健康度指标的指标值中，筛选出所述健康度指标的最优指标值；

离差计算模块，用于基于所述健康度指标的最优指标值，以及所述电解槽的健康度指标的指标值，计算所述健康度指标的平均离差；

系数确定模块，用于根据所述健康度指标的平均离差，确定所述健康度指标的权重系数；

健康度计算模块，用于利用所述电解槽的健康度指标的指标值，以及所述健康度指标的权重系数，计算所述电解槽的健康度。

可选地，所述健康度指标包括电解槽运行时长、电解槽启停次数和电解槽运行电压；

所述指标筛选模块包括：

数据获取子模块，用于获取电解槽的运行数据；

指标值确定子模块，用于基于所述电解槽的运行数据，确定所述电解槽的健康度指标的指标值；

指标筛选子模块，用于从所述电解槽的健康度指标的指标值中，筛选出所述健康度指标的最小的指标值，并作为所述健康度指标的最优指标值。

一种制氢系统，包括用于执行上述的一种电解槽健康度的计算方法的处理器。

相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：

本发明提供了一种电解槽健康度的计算方法、装置及制氢系统，本发明中，从获取的电解槽的健康度指标的指标值中，筛选出所述健康度指标的最优指标值，基于所述健康度指标的最优指标值，以及所述电解槽的健康度指标的指标值，计算所述健康度指标的平均离差，根据所述健康度指标的平均离差，确定所述健康度指标的权重系数，利用所述电解槽的健康度指标的指标值，以及所述健康度指标的权重系数，计算所述电解槽的健康度。即通过本发明，能够计算得到电解槽的健康度，解决了亟需对电解槽的健康度进行监控的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种电解槽健康度的计算方法的方法流程图；

图2为本发明实施例提供的一种筛选健康度指标的最优指标值的方法流程图；

图3为本发明实施例提供的一种计算健康度指标的平均离差的方法流程图；

图4为本发明实施例提供的一种电解槽健康度的计算装置的结构示意图。

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。

风电、光伏等可再生能源的随机性和波动性给电网稳定性和安全性带来了巨大的挑战。大规模可再生能源耦合电解制氢不仅可有效提升可再生能源发电系统的能源利用效率，同时减少碳排放，对实现“碳中和”战略具有重要意义。电解槽作为电气转换设备，是可再生能源电解水制氢技术的关键装备。

目前，在可再生能源电解水制氢技术中，亟需对电解槽的健康度进行监控，以在电解槽健康度较低时，及时调整电解槽的工作模式，避免影响电解水制氢的可靠性。

在对电解槽的健康度进行评价时，主要考虑因素是运行时长，为平均各电解槽的工作时间，但是对于碱性电解槽，单个电解槽的启停次数、运行时长等是衡量电解槽寿命的重要因素，启停次数越多、运行时间越长对电解槽寿命的影响越严重。满功率运行时的电压是衡量电解槽效率的重要因素，运行电压越低，电解槽的效率在一定程度上越高。因此，在评价电解槽的健康度时，仅考虑运行时长，会使得确定出的电解槽的健康度的准确度较低。

为此，本发明提供了一种电解槽健康度的计算方法、装置及制氢系统，本发明中，从获取的电解槽的健康度指标的指标值中，筛选出所述健康度指标的最优指标值，基于所述健康度指标的最优指标值，以及所述电解槽的健康度指标的指标值，计算所述健康度指标的平均离差，根据所述健康度指标的平均离差，确定所述健康度指标的权重系数，利用所述电解槽的健康度指标的指标值，以及所述健康度指标的权重系数，计算所述电解槽的健康度。即通过本发明，能够计算得到电解槽的健康度，解决了亟需对电解槽的健康度进行监控的问题。

进一步，本发明中的健康度指标包括电解槽运行时长、电解槽启停次数和电解槽运行电压，即综合考虑启停次数、运行时长、电解槽工作电压等因素评估电解槽健康度，从而计算得到的电解槽的健康度的准确度较高。

在上述内容的基础上，本发明一实施例提供了一种电解槽健康度的计算方法，参照图1，可以包括：

S11、从确定的电解槽的健康度指标的指标值中，筛选出所述健康度指标的最优指标值。

在实际应用中，单个电解槽的启停次数、运行时长等是衡量电解槽寿命的重要因素，启停次数越多、运行时间越长对电解槽寿命的影响越严重。满功率运行时的电压是衡量电解槽效率的重要因素，运行电压越低，电解槽的效率在一定程度上越高。因此，本实施例中，设置所述健康度指标包括电解槽运行时长、电解槽启停次数和电解槽运行电压。

针对每一健康度指标，均可以设置其对应的函数，现分别具体介绍。

1)电解槽运行时长。

现阶段制氢系统启动电解槽的顺序，主要根据电源的运行时间来进行判断。运行时间短的制氢电源及其对应的电解槽优先启动，运行时间长的制氢电源及其对应的电解槽延后启动。基于各电解槽的运行时间建立目标函数。具体如下：

T

其中，t

2、电解槽运行电压。

电解槽运行电压一般是指电解槽长时间运行电压平均值。电解槽运行电压是衡量电解槽寿命的一个重要因素。当单个电解槽满功率运行时，控制器会记录电解槽对应制氢电源的直流输出侧电压。将每一次记录的电解槽满功率时的直流输出侧电压进行平均数处理，计算得出一个平均电压，即为电解槽运行电压。制氢系统启动电解槽的顺序，根据各电解槽运行电压来进行判断，电解槽运行电压低的电解槽优先启动，电解槽运行电压高的电解槽延后启动。基于电解槽运行电压建立目标函数。具体如下：

其中，U

3)电解槽启停次数。

制氢系统的控制器会记录每台电解槽及其对应制氢电源的启停次数，制氢系统启动电解槽的顺序根据启停次数来进行判断。启停次数较少的电解槽及其对应的制氢电源优先启动，启停次数较多的电解槽及其制氢电源延后启动。基于各电解槽启停次数建立目标函数。具体如下：

S

其中，S

在上述各个健康度指标的介绍的基础上，参照图2，“从确定的电解槽的健康度指标的指标值中，筛选出所述健康度指标的最优指标值”，可以包括：

S21、获取电解槽的运行数据。

本实施例中，电解槽的运行数据可以包括：

制氢系统一次运行电解槽的启停次数、电解槽的单次测量电压，电解槽的单次运行时间等。

S22、基于所述电解槽的运行数据，确定所述电解槽的健康度指标的指标值。

具体的，按照上述的健康度指标的目标函数，对电解槽的运行数据进行统计，以得到电解槽的健康度指标的指标值。

在实际应用中，制氢系统中存在多台电解槽，针对每台电解槽，均会计算得到电解槽运行时长、电解槽启停次数和电解槽运行电压的数值。

健康度指标的指标值可以用f

S23、从所述电解槽的健康度指标的指标值中，筛选出所述健康度指标的最小的指标值，并作为所述健康度指标的最优指标值。

具体的，针对每一健康度指标，将所有电解槽的该健康度指标的指标值中，数值最小的指标值，作为该健康度指标的最优指标值。

以制氢系统有三个电解槽为例，第一个电解槽的电解槽运行时长最小，则将第一个电解槽的电解槽运行时长，作为电解槽运行时长指标的最优指标值，其余健康度指标的最优指标值的确定方式类同。

健康度指标的最优指标值可以用x

S12、基于所述健康度指标的最优指标值，以及所述电解槽的健康度指标的指标值，计算所述健康度指标的平均离差。

具体的，针对每一健康度指标，均需确定出其的平均离差。

在实际应用中，参照图3，步骤S12可以包括：

S31、基于所述电解槽的健康度指标的指标值，以及所述健康度指标的最优指标值，计算所述电解槽的所述健康度指标的离差。

具体的，将所述电解槽的健康度指标的指标值与所述健康度指标的最优指标值之差，作为所述电解槽的所述健康度指标的离差。

详细来说，针对每台电解槽，该电解槽的健康度指标的离差用

的计算公式为：

其中，f

通过

需要说明的是，由于健康度指标下的最优指标值为该健康度指标的最小指标值，也即为该健康度指标下的某一指标值，所以该最优指标值对应的电解槽在该健康度指标下的离差为零，即

S32、根据所述电解槽的所述健康度指标的离差，计算所述健康度指标的平均离差。

具体的，将所述电解槽的所述健康度指标的离差的平均值，作为所述健康度指标的平均离差。

健康度指标的平均离差u

其中，n为制氢系统中的电解槽数量，j为制氢系统中的第j台电解槽，

S13、根据所述健康度指标的平均离差，确定所述健康度指标的权重系数。

本实施例中，制氢系统的启停顺序主要涉及电解槽运行时长、电解槽启停次数和电解槽运行电压这三个目标函数，即本发明实施例属于多目标优化，在计算多目标优化时，最终的优化结果不会同时满足所有优化目标的最优解，而是达到一种整体最优。多目标最优求解问题的传统求解方法有加权求和法、约束法及最小─最大法等。加权求和法是将多个优化指标分别乘上不同的权重系数，然后再相加转化成单目标函数进行求解。约束法通过设定一个主优化目标，其余的优化目标仅需要满足一定的范围，从而将多目标优化问题转化为单目标优化问题。最小─最大法多用于求解目标之间存在冲突的多目标优化，通过对各个目标的理想值与函数值之间的偏差进行最小化来获得最优解。本发明在上述加权求和法、约束法及最小─最大法这三种方法的基础上，并结合制氢系统的应用特性，最终采用权重法构建目标函数。即：

f

其中，f

本发明的一实现方式中，步骤S13可以包括：

1)计算所述健康度指标的平均离差之和。

2)将所述健康度指标的平均离差与平均离差之和的商，作为权重系数。

具体的，权重系数μ

其中，μ

3)按照权重系数分配规则，对所述健康度指标进行权重系数分配操作，以得到所述健康度指标的权重系数。

具体的，为了均衡有效解的范围，将上述权重系数依大小进行排序。然后，将上述计算得到的权重系数分配给上述的各个健康度指标。

在实际进行分配时，由于已经计算得到健康度指标的平均离差，则按照平均离差，为平均离差最大的健康度指标分配最小的权重系数，为平均离差最小的健康度指标分配最大的权重系数，为平均离差居中的健康度指标分配居中的权重系数，完成权重系数的分配。

在确定了健康度指标的权重系数之后，采用权重法构建的目标函数即可确定。

f

S14、利用所述电解槽的健康度指标的指标值，以及所述健康度指标的权重系数，计算所述电解槽的健康度。

具体的，对于每一电解槽，对所述电解槽的健康度指标的指标值，以及所述健康度指标的权重系数进行加权求和操作，并将加权求和操作得到的结果作为所述电解槽的健康度。

即，按照f

本实施例中，从获取的电解槽的健康度指标的指标值中，筛选出所述健康度指标的最优指标值，基于所述健康度指标的最优指标值，以及所述电解槽的健康度指标的指标值，计算所述健康度指标的平均离差，根据所述健康度指标的平均离差，确定所述健康度指标的权重系数，利用所述电解槽的健康度指标的指标值，以及所述健康度指标的权重系数，计算所述电解槽的健康度。即通过本发明，能够计算得到电解槽的健康度，解决了亟需对电解槽的健康度进行监控的问题。

另外，本发明基于电解槽运行时长、电解槽启停次数、电解槽运行电压等因素，从多个目标函数综合衡量电解槽的特性，同时采用离差排序法计算权重系数，将权重系数依大小进行排序，按照平均离差大的健康度指标的目标函数乘以较小的权重系数，平均离差小的健康度指标的目标函数乘以较大的权重系数，重新构造用于计算健康度的单目标的目标函数，可以有效地避免人为主观臆断，使系统的优化结果更加科学。经仿真计算本方法是可行有效的，现了电解槽阵列单体工作时间的均衡，有效提升电解槽阵列的寿命，将电解槽运行过程中可能会出现的安全风险降至最低，提高制氢的安全性和可靠性。本发明可为多电解槽变功率制氢系统的优化运行提供参考。

可选地，在上述一种电解槽健康度的计算方法的实施例的基础上，本发明的另一实施例提供了一种电解槽健康度的计算装置，参照图4，可以包括：

指标筛选模块11，用于从确定的电解槽的健康度指标的指标值中，筛选出所述健康度指标的最优指标值；

离差计算模块12，用于基于所述健康度指标的最优指标值，以及所述电解槽的健康度指标的指标值，计算所述健康度指标的平均离差；

系数确定模块13，用于根据所述健康度指标的平均离差，确定所述健康度指标的权重系数；

健康度计算模块14，用于利用所述电解槽的健康度指标的指标值，以及所述健康度指标的权重系数，计算所述电解槽的健康度。

进一步，所述健康度指标包括电解槽运行时长、电解槽启停次数和电解槽运行电压；

所述指标筛选模块包括：

数据获取子模块，用于获取电解槽的运行数据；

指标值确定子模块，用于基于所述电解槽的运行数据，确定所述电解槽的健康度指标的指标值；

指标筛选子模块，用于从所述电解槽的健康度指标的指标值中，筛选出所述健康度指标的最小的指标值，并作为所述健康度指标的最优指标值。

进一步，离差计算模块12具体用于：

基于所述电解槽的健康度指标的指标值，以及所述健康度指标的最优指标值，计算所述电解槽的所述健康度指标的离差，根据所述电解槽的所述健康度指标的离差，计算所述健康度指标的平均离差。

进一步，离差计算模块12用于基于所述电解槽的健康度指标的指标值，以及所述健康度指标的最优指标值，计算所述电解槽的所述健康度指标的离差时，具体用于：

将所述电解槽的健康度指标的指标值与所述健康度指标的最优指标值之差，作为所述电解槽的所述健康度指标的离差。

进一步，离差计算模块12用于根据所述电解槽的所述健康度指标的离差，计算所述健康度指标的平均离差时，具体用于：

将所述电解槽的所述健康度指标的离差的平均值，作为所述健康度指标的平均离差。

进一步，系数确定模块13具体用于：

计算所述健康度指标的平均离差之和，将所述健康度指标的平均离差与平均离差之和的商，作为权重系数，按照权重系数分配规则，对所述健康度指标进行权重系数分配操作，以得到所述健康度指标的权重系数。

进一步，健康度计算模块14具体用于：

对所述电解槽的健康度指标的指标值，以及所述健康度指标的权重系数进行加权求和操作，并将加权求和操作得到的结果作为所述电解槽的健康度。

本实施例中，从获取的电解槽的健康度指标的指标值中，筛选出所述健康度指标的最优指标值，基于所述健康度指标的最优指标值，以及所述电解槽的健康度指标的指标值，计算所述健康度指标的平均离差，根据所述健康度指标的平均离差，确定所述健康度指标的权重系数，利用所述电解槽的健康度指标的指标值，以及所述健康度指标的权重系数，计算所述电解槽的健康度。即通过本发明，能够计算得到电解槽的健康度，解决了亟需对电解槽的健康度进行监控的问题。

需要说明的是，本实施例中的各个模块和子模块的工作过程，请参照上述实施例中的相应说明，在此不再赘述。

可选地，在上述一种电解槽健康度的计算方法及装置的实施例的基础上，本发明的另一实施例提供了一种制氢系统，包括用于执行上述的一种电解槽健康度的计算方法的处理器。

本实施例中，从获取的电解槽的健康度指标的指标值中，筛选出所述健康度指标的最优指标值，基于所述健康度指标的最优指标值，以及所述电解槽的健康度指标的指标值，计算所述健康度指标的平均离差，根据所述健康度指标的平均离差，确定所述健康度指标的权重系数，利用所述电解槽的健康度指标的指标值，以及所述健康度指标的权重系数，计算所述电解槽的健康度。即通过本发明，能够计算得到电解槽的健康度，解决了亟需对电解槽的健康度进行监控的问题。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。