本發明屬于可再生能源制氫，具體涉及一種alk-pem電解槽制氫系統功率分配方法和系統。

背景技術：

1、本部分的陳述僅僅是提供了與本發明相關的背景技術信息，不必然構成在先技術。

2、隨著化石能源日益枯竭和全球變暖問題不斷加劇，通過風力、光伏等新能源發電實現電解水制氫成為能源領域低碳轉型的重要手段之一。目前，較為成熟的電解水制氫技術主要包括堿性(alkaline,alk)電解和質子交換膜(proton?exchange?membrane,pem)電解；其中，alk電解槽單體容量大、成本低廉，但其動態響應速度慢、對可再生能源波動性適應能力差，存在一定弊端；pem電解槽制氫效率高、對波動電源可做到秒級響應，可有效應對新能源發電的波動性、間歇性特征，但其成本相對較高。alk-pem聯合制氫可取長補短，顯著提高制氫系統對可再生能源的消納能力。因此，如何依據alk-pem秒級運行特性，充分挖掘其聯合制氫潛力，從而制定系統最優功率分配策略是提高新能源消納水平的關鍵途徑。

3、目前，alk電解槽憑借成熟的技術、較低的成本以及操作與維護相對簡單的優勢，在離網制氫系統中占據主流地位。相關文獻提出了一種基于堿性電解槽啟停特性的新能源制氫系統運行策略，實現了多電解槽的協調運行，減少了電解槽的啟停次數；有相關研究考慮堿性電解槽的效率特性和啟停特性，提出一種基于鵜鶘優化算法的離網風電制氫多alk電解槽切換調度策略；相關學者考慮風電功率的波動性導致的電解槽開關頻繁動作，提出一種基于風電出力預測的多目標滾動優化控制策略；均衡各電解槽運行狀態，有相關研究提出了一種基于輪值思想的alk電解槽陣列優化控制策略；可分析多電解槽組合運行特性，提出多alk電解槽雙層輪值協調運行策略，但現有技術并沒有給出相應的精確數學表達式；綜上所述，現有的相關技術均驗證通過考慮alk電解槽的啟停特性和效率特性能夠有效提高新能源消納能力，但響應速度較慢、運行效率有待提高。

4、pem電解槽則以高效率、快速響應、高電流密度、低操作溫度和高純度氫氣等優勢展現出強大競爭力，成為電解制氫領域的研究焦點；可通過考慮pem電解槽動態效率特性的電-氫混合儲能優化運行，促進新能源高效消納；考慮運行安全特性和電解槽的壓強特性，相關研究提出了一種基于壓強控制的pem電解制氫系統優化運行方法；分析影響電解槽關鍵因素之間的關系，使用功率-溫度自適應控制優化策略，提高了系統制氫效率；考慮到pem功率-效率特性，進行綜合能源系統綠氫和藍氫協調的低碳優化；但是，相關研究均驗證pem電解槽對間歇性新能源具有更好的消納能力，同時具有更高的制氫效率，但并未綜合考慮pem電解槽特性制定合理有效的功率分配策略。

5、綜上，探究了alk和pem電解槽在綠電制氫方面的性能，但均未考慮利用alk和pem這兩類電解槽的不同特性協同制氫，同時啟停策略較為粗略，可能導致能源浪費，無法充分發揮電解槽優勢，限制了制氫靈活性與經濟性。考慮兩類電解槽不同運行特性，充分發揮各自優點的制氫方式為電解制氫技術在應對可再生能源波動性方面提供了新的思路。現有技術可驗證alk-pem聯合制氫能夠顯著提高系統的制氫效率和風光資源的利用率，但調度時間尺度均是粗略的小時級或者5分鐘級，該粗顆粒度的表達方式，易于模型構建和求解，但實際上pem電解槽具有秒級響應特性，可以做到秒級啟停，若不對其進行精細刻畫，易喪失部分調度空間，致使其制氫靈活性挖掘不充分。

技術實現思路

1、為解決上述問題，本發明提出了一種alk-pem電解槽制氫系統功率分配方法及系統，計及pem電解槽秒級啟停特性，綜合考慮alk和pem電解槽的功率-效率特性、啟停特性和pem電解槽的秒級響應速度特性，以充分挖掘其快速響應靈活性資源的制氫潛力，進而擴大可調度空間、提高制氫效率。

2、根據一些實施例，本發明的第一方案提供了一種alk-pem電解槽制氫系統功率分配方法，采用如下技術方案：

3、一種alk-pem電解槽制氫系統功率分配方法，包括：

4、獲取alk電解槽和pem電解槽的運行特性，構建alk-pem電解槽聯合制氫系統；

5、基于所構建的alk-pem電解槽聯合制氫系統的電解槽啟停特性，考慮pem電解槽的秒級啟停特性，采用電解槽陣列雙層輪值運行方式確定制氫系統電解槽的運行方式；

6、根據所確定的電解槽運行方式，以混合電解槽制氫系統凈收益最大為目標，構建計及電解槽啟停的最優功率分配模型；

7、求解所構建的最優功率分配模型，完成alk-pem電解槽制氫系統的功率分配。

8、作為進一步的技術限定，所采用的電解槽陣列雙層輪值運行方式為上層采用先啟動先關閉、后啟動后關閉的原則來均衡不同電解槽的工作時長，下層根據電解槽單體制氫的運行工況進行陣列輪值操作。

9、進一步的，所述電解槽單體制氫的運行工況至少包括停機運行狀態、高效運行狀態、額定運行狀態、過載運行狀態和波動運行狀態。

10、作為進一步的技術限定，所構建的計及電解槽啟停的最優功率分配模型的目標函數為其中，f為混合電解槽制氫系統凈收益；為混合電解槽制氫系統售氫收益；cop為alk電解槽和pem電解槽的運行成本；con為混合電解槽制氫系統的運行成本；coff為混合電解槽制氫系統的停機成本；ccurt為混合電解槽制氫系統的棄風棄光懲罰成本。

11、作為進一步的技術限定，所構建的計及電解槽啟停的最優功率分配模型的約束條件至少包括功率平衡約束、alk-pem電解槽出力約束、alk電解槽波動功率約束、pem電解槽波動功率約束、alk-pem電解槽最小啟停時間約束、alk-pem電解槽陣列運行約束和alk-pem電解槽上層陣列輪值開停機約束。

12、作為進一步的技術限定，所獲取的alk電解槽和pem電解槽的運行特性至少包括功率-效率曲線、電解槽單體容量、電解槽調節性能、運行成本、啟停特性和秒級響應特性。

13、根據一些實施例，本發明的第二方案提供了一種alk-pem電解槽制氫系統功率分配系統，采用如下技術方案：

14、一種alk-pem電解槽制氫系統功率分配系統，包括：

15、獲取模塊，其被配置為獲取alk電解槽和pem電解槽的運行特性，構建alk-pem電解槽聯合制氫系統；

16、確定模塊，其被配置為基于所構建的alk-pem電解槽聯合制氫系統的電解槽啟停特性，考慮pem電解槽的秒級啟停特性，采用電解槽陣列雙層輪值運行方式確定制氫系統電解槽的運行方式；

17、構建模塊，其被配置為根據所確定的電解槽運行方式，以混合電解槽制氫系統凈收益最大為目標，構建計及電解槽啟停的最優功率分配模型；

18、求解模塊，其被配置為求解所構建的最優功率分配模型，完成alk-pem電解槽制氫系統的功率分配。

19、根據一些實施例，本發明的第三方案提供了一種計算機可讀存儲介質，采用如下技術方案：

20、一種計算機可讀存儲介質，其上存儲有程序，該程序被處理器執行時實現如本發明第一方案所述的一種alk-pem電解槽制氫系統功率分配方法中的步驟。

21、根據一些實施例，本發明的第四方案提供了一種電子設備，采用如下技術方案：

22、一種電子設備，包括存儲器、處理器及存儲在存儲器上并在處理器上運行的程序，所述處理器執行所述程序時實現如本發明第一方案所述的一種alk-pem電解槽制氫系統功率分配方法中的步驟。

23、根據一些實施例，本發明的第五方案提供了一種計算機程序產品，采用如下技術方案：

24、一種計算機程序產品，包括軟件代碼，所述軟件代碼中的程序執行如本發明第一方案所述的一種alk-pem電解槽制氫系統功率分配方法中的步驟。

25、與現有技術相比，本發明的有益效果為：

26、本發明計及pem電解槽秒級啟停特性，綜合考慮alk和pem電解槽的功率-效率特性、啟停特性和pem電解槽的秒級響應速度特性，以充分挖掘其快速響應靈活性資源的制氫潛力，進而擴大可調度空間、提高制氫效率。

27、本發明提出計及pem秒級啟停特性的電解槽數學模型，借鑒傳統火電機組啟停表達思想，并結合混合電解槽雙層陣列輪值運行方式，精細化表達alk-pem電解槽開停機約束和混合電解槽陣列輪值約束，以充分挖掘聯合制氫系統的靈活性，提升系統的整體服役壽命。

28、本發明提出alk-pem電解槽的最優功率分配，綜合考慮兩種電解槽功率-效率曲線、調節性能以及容量大小等關鍵因素，同時以制氫功率的分段區間為基礎，制定alk-pem電解槽最高效率運行方式功率分配策略和計及電解槽特性的精細化功率動態調節機制，在保證最大化新能源消納的前提下進一步實現電解槽系統整體效率的提升。