本發明涉及電解水制氫，特別涉及用于電解水制氫裝置的控制系統和測試方法。

背景技術：

1、利用可再生能源發電進行電解水制氫的方式主要有堿性電解水制氫、質子交換膜電解水制氫、固體氧化物電解水制氫三種技術。

2、固體氧化物電解池soec電解水制氫技術由于具有較高的電解效率(90％以上)，而且可以與現有石化裝置集成并高效利用石化裝置豐富的余熱、降低電耗、提升系統的整體效率，是未來的主流電解水制氫技術。

3、高溫固體氧化物電解水制氫裝置的運行過程中，soec背壓的較大波動會影響整個系統的運行甚至造成設備的損壞，因此，保持好soec背壓的穩定性是體現系統運行性能的重要指標。

4、發明人經過研究發現，現有技術中，通過傳統的pid控制系統來調節soec背壓的方式響應速度慢，因此控制效果較差。

5、公開于該背景技術部分的信息僅僅旨在增加對本發明的總體背景的理解，而不應當被視為承認或以任何形式暗示該信息構成已為本領域一般技術人員所公知的現有技術。

技術實現思路

1、本發明的目的在于通過提高soec背壓的調節響應速度，來獲得soec背壓更好的穩定性。

2、本發明提供了一種用于電解水制氫裝置的控制系統，所述用于電解水制氫裝置的控制為高溫固體氧化物電解水制氫，包括用于向固體氧化物電解池soec提供符合預設需求的氣體的供氣裝置、用于對soec進行工作溫度控制的加熱單元；其特征在于，包括：用于穩定soec背壓的背壓穩定單元、數據采集單元、預測單元，和，控制單元；

3、所述背壓穩定單元與soec電堆陰極出口連接，包括設于陰極換熱及冷卻單元上游的背壓傳感器、設于所述陰極換熱及冷卻單元下游的第一調壓閥和變頻調速引風機；

4、所述數據采集單元用于獲取用于電解水制氫裝置的控制系統的多種運行參數的運行數據；

5、所述預測單元用于以預設運行數據的當前值為輸入，根據預設的預測模型生成包括預設時間段后所述soec電堆陰極的背壓預測值的預測結果；

6、所述控制單元用于根據所述預測結果生成所述調壓閥和\或所述變頻調速引風機的調節指令。

7、優選的，在本發明中，所述預測模型的構建方法包括：

8、獲取所述電解水制氫裝置各所述運行參數具有時間序列的歷史運行數據；所述運行參數包括液態水質量流量、陰極入口氣體溫度、陰極入口保護氫氣體積流量、陰極入口氣體組分、陰極入口氣體壓力、陽極入口空氣溫度、陽極入口空氣壓力、陽極入口空氣流量、電堆/模組平均溫度、電解電壓、電解電流、陰極出口氣體質量流量、陰極出口氣體組分、陽極出口氣體流量、陽極出口氣體組分、調壓閥閥門開度和引風機轉速中的一種或多種；

9、以所述歷史運行數據為建模數據，基于bp神經網絡技術對所述建模數據進行訓練，生成以所述soec電堆陰極的背壓為輸出的預測模型。

10、優選的，在本發明中，所述預測模型的預測結果還包括所述調壓閥和\或所述變頻調速引風機的調節量，所述調節量的生成方法包括：

11、當所述背壓預測值大于第一預設閾值，或，當所述進氣壓力數據和所述背壓預測值的差值小于第二預設閾值時，獲取所述soec電堆陰極的當前背壓數據；

12、根據所述背壓預測值和所述soec電堆陰極的當前背壓數據，以使所述預設時間段后的所述soec電堆陰極的背壓數據處于預設區間為目標，通過所述預測模型的bp神經網絡計算生成的所述調壓閥和\或所述變頻調速引風機的調節量。

13、在本發明中，還提供了一種用于電解水制氫裝置的控制方法，用于上述用于電解水制氫裝置的控制系統，包括步驟：

14、s11、實時獲取包括所述soec電堆陰極的當前背壓數據的多個預設運行參數的當前運行數據；

15、s12、以多個預設運行參數的當前運行數據為輸入，根據預設的預測模型生成包括預設時間段后所述soec電堆陰極的背壓預測值的預測結果；

16、s13、根據所述預測結果生成所述調壓閥和\或所述變頻調速引風機的調節指令。

17、優選的，在本發明中，所述預測結果還包括：

18、當所述背壓預測值大于第一預設閾值，或，當所述進氣壓力數據和所述背壓預測值的差值小于第二預設閾值時，根據所述背壓預測值和所述當前背壓數據，以使所述預設時間段后的背壓數據處于預設區間為目標，通過所述預測模型的bp神經網絡計算生成的所述調壓閥和\或所述變頻調速引風機的調節量。

19、與現有技術相比，本發明具有如下有益效果：

20、本發明中的用于電解水制氫裝置的控制系統，設有用于測試對象的soec的氣體的供氣裝置和加熱單元，此外，為了穩定soec背壓，本發明中還設有了背壓穩定單元和控制單元；本發明中背壓穩定單元所包括的陰極穩壓組件進一步包括背壓傳感器、分液罐或壓力緩沖罐、第一調壓閥、變頻調速引風機以及氫氣增壓機；本發明實時獲取包括多個預設運行參數的當前運行數據；接著，以多個預設運行參數的當前運行數據為輸入，根據預設的預測模型可以生成包括預設時間段后背壓預測值的預測結果，進而生成相應的調壓閥和\或變頻調速引風機的調節指令；這樣，可以通過調壓閥的大小變化或是變頻調速引風機的功率變化，來調節soec電堆陰極管路的壓差，進而可以穩定soec背壓。

21、由于本發明中，通過預測模型可以得到預設時間后的soec電堆陰極的背壓，因此可以提前進行預防性的先饋控制，這樣可以有效的避免soec電堆陰極背壓的超標波動，進而也就有效的提高了soec背壓的穩定性。

22、此外，本發明不但可以適用于電解水制氫裝置本身，還可以用于電解水制氫裝置的測試系統，即，本發明通過設有供氣裝置、加熱單元、背壓穩定單元和控制單元，不但可以進行較大功率范圍內的大型單個電堆的性能測試，還可以對由多個小型或中型電堆組成的模組進行性能測試；進一步的，本發明還可以測試多電堆之間串聯、并聯不同組合方式與電解性能的變化規律，進而能夠得到更緊湊高效的多電堆匹配模組。

23、上述說明僅為本發明技術方案的概述，為了能夠更清楚地了解本發明的技術手段并可依據說明書的內容予以實施，同時為了使本發明的上述和其他目的、技術特征以及優點更加易懂，以下列舉一個或多個優選實施例，并配合附圖詳細說明如下。

技術特征：

1.一種用于電解水制氫裝置的控制系統，所述用于電解水制氫裝置的控制為高溫固體氧化物電解水制氫，包括用于向固體氧化物電解池soec提供符合預設需求的氣體的供氣裝置、用于對soec進行工作溫度控制的加熱單元；其特征在于，包括：用于穩定soec背壓的背壓穩定單元、數據采集單元、預測單元，和，控制單元；

2.根據權利要求1所述的用于電解水制氫裝置的控制系統，其特征在于，所述預測模型的構建方法包括：

3.根據權利要求2所述的用于電解水制氫裝置的控制系統，其特征在于，所述預測模型的預測結果還包括所述調壓閥和\或所述變頻調速引風機的調節量，所述調節量的生成方法包括：

4.根據權利要求1所述的用于電解水制氫裝置的控制系統，其特征在于，所述供氣裝置包括給水純化單元、蒸汽生成單元、空氣單元、輔助供氣單元和混合單元，其中：

5.根據權利要求1所述的用于電解水制氫裝置的控制系統，其特征在于，

6.根據權利要求1所述的用于電解水制氫裝置的控制系統，其特征在于，還包括：

7.根據權利要求1所述的用于電解水制氫裝置的控制系統，其特征在于，還包括：

8.根據權利要求1所述的用于電解水制氫裝置的控制系統，其特征在于，還包括：

9.根據權利要求8所述的用于電解水制氫裝置的控制系統，其特征在于，還包括：

10.根據權利要求8所述的用于電解水制氫裝置的控制系統，其特征在于，所述補氣管路與所述陰極換熱及冷卻單元的進氣口連通的結構包括：

11.一種用于電解水制氫裝置的控制方法，用于權利要求1至10中任一所述用于電解水制氫裝置的控制系統，其特征在于，包括步驟：

12.根據權利要求11所述的用于電解水制氫裝置的控制方法，其特征在于，所述預測結果還包括：

13.根據權利要求12所述的用于電解水制氫裝置的控制方法，其特征在于，所述根據所述預測結果生成所述調壓閥和\或所述變頻調速引風機的調節指令，包括：

14.根據權利要求11所述的用于電解水制氫裝置的控制方法，其特征在于，所述根據所述預測結果生成所述調壓閥和\或所述變頻調速引風機的調節指令，包括：

15.根據權利要求14所述的用于電解水制氫裝置的控制方法，其特征在于，還包括：

16.根據權利要求15所述的用于電解水制氫裝置的控制方法，其特征在于，還包括：

技術總結
本發明公開了用于電解水制氫裝置的控制系統和方法，所述系統用于穩定SOEC背壓的背壓穩定單元、數據采集單元、預測單元和控制單元；背壓穩定單元與SOEC電堆陰極出口連接，包括設于陰極換熱及冷卻單元上游的背壓傳感器、設于陰極換熱及冷卻單元下游的第一調壓閥和變頻調速引風機；數據采集單元用于獲取用于電解水制氫裝置的控制系統的多種運行參數的運行數據；預測單元用于以預設運行數據的當前值為輸入，根據預測模型生成包括預設時間段后背壓預測值的預測結果；控制單元用于根據預測結果生成調壓閥和\或變頻調速引風機的調節指令。本發明可以進行預防性的先饋控制，有效的避免了SOEC電堆陰極背壓的超標波動，進而也就有效的提高了SOEC背壓的穩定性。

技術研發人員：張偉,邢輝陽,張莉,曹軍,楊雁
受保護的技術使用者：中國石油化工股份有限公司
技術研發日：
技術公布日：2025/4/28