本申請涉及風光發(fā)電制氫，具體涉及一種風光結(jié)合的電解水制氫方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
1、風光結(jié)合的電解水制氫方法是一種利用風能和光能等可再生能源進行發(fā)電，再通過電解水制備氫氣的技術(shù)。通過電解水制氫的方式將風能和光能轉(zhuǎn)換為氫氣進行儲存，能用有效緩解棄風、棄光問題，實現(xiàn)對風能和光能的可持續(xù)利用，減少對傳統(tǒng)化石能源的依賴。
2、現(xiàn)有的風光結(jié)合的電解水制氫方法通常會利用最大功率點跟蹤技術(shù)(maximumpower?point?tracking，mppt)來提高系統(tǒng)對風能和光能資源的利用率，進而提高制氫效率，如公開號cn117498389a一種風光發(fā)電制氫及混氫控制方法和裝置，基于最大功率控制對風光離網(wǎng)電進行電解制氫來獲得電解氫氣。
3、在最大功率點跟蹤技術(shù)中，擾動觀察法因控制簡單且容易實現(xiàn)，是最常用的最大功率追蹤方式，而擾動觀察法中通常會預(yù)先設(shè)置一個擾動步長，但是在風光結(jié)合的電解水制氫系統(tǒng)中，由于風力發(fā)電和光伏發(fā)電會受到環(huán)境中風速、光照和溫度等不可控因素的影響而具有較強的不確定性，這會造成難以預(yù)先選擇一個合適的擾動步長，而擾動步長選擇的不合適不僅會造成風力發(fā)電和光伏發(fā)電的輸出功率無法及時收斂至它們各自最大功率，使得風光結(jié)合的電解水制氫系統(tǒng)無法有效地利用風能和光能資源，進而影響制氫效率，還可能會造成風力發(fā)電和光伏發(fā)電的輸出功率在其各最大功率點處徘徊而引起輸出功率的震蕩，使得風光結(jié)合的電解水制氫系統(tǒng)無法安全穩(wěn)定的運行，進而也會影響制氫效率。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、為了解決上述技術(shù)問題，本申請?zhí)峁┮环N風光結(jié)合的電解水制氫方法及系統(tǒng)，所采用的技術(shù)方案具體如下：
2、第一方面，本申請一個實施例提供了一種風光結(jié)合的電解水制氫方法，該方法包括以下步驟：
3、采集風力發(fā)電設(shè)備和光伏發(fā)電設(shè)備的輸出功率數(shù)據(jù)以及堿性電解槽的輸入功率數(shù)據(jù)，對采集的數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，并將當前時刻及其歷史時間段內(nèi)采集的數(shù)據(jù)構(gòu)建序列；
4、將電解槽輸入功率序列中所有數(shù)據(jù)點局部標準差的平均水平以及趨勢項系數(shù)進行正向融合的結(jié)果，作為電解槽輸入功率序列的波動特征值；將各種發(fā)電設(shè)備的輸出功率序列的均值的歸一化值與所述波動特征值之間的乘積，記為對應(yīng)種發(fā)電設(shè)備在當前時刻的第一調(diào)整系數(shù)；
5、對各種發(fā)電設(shè)備的輸出功率序列進行平滑后提取所有峰值；將所有峰值之間的標準差與峰值個數(shù)的乘積進行反比例映射的結(jié)果，作為對應(yīng)種發(fā)電設(shè)備在當前時刻的第二調(diào)整系數(shù)；
6、將第一和第二調(diào)整系數(shù)進行正向融合得到對應(yīng)種發(fā)電設(shè)備在當前時刻的綜合調(diào)整系數(shù)，以確定對應(yīng)種發(fā)電設(shè)備在當前時刻基于擾動觀察法的最大功率點追蹤算法中的擾動步長。
7、優(yōu)選地，所述預(yù)處理的方法為利用min-max歸一化方法對每種功率數(shù)據(jù)分別進行歸一化處理。
8、優(yōu)選地，所述歷史時間段為當前時刻及其前一調(diào)整時刻之間的時間段。
9、優(yōu)選地，所述趨勢項系數(shù)由對電解槽輸入功率序列中所有數(shù)據(jù)點的局部標準差提取趨勢項序列后，趨勢項序列的擬合直線斜率的指數(shù)化結(jié)果確定。
10、優(yōu)選地，所述波動特征值進一步由所述平均水平和所述趨勢項系數(shù)的乘積結(jié)果確定。
11、優(yōu)選地，所述均值的歸一化值的計算方法為：計算所有種發(fā)電設(shè)備的輸出功率序列中所有數(shù)據(jù)點的均值的和值；將各種發(fā)電設(shè)備計算的所述均值與所述和值的比值結(jié)果，作為所述均值的歸一化值。
12、優(yōu)選地，所述對各種發(fā)電設(shè)備的輸出功率序列進行平滑的方法采用sg濾波算法進行平滑處理。
13、優(yōu)選地，所述第二調(diào)整系數(shù)由所述所有峰值之間的標準差與峰值個數(shù)的乘積結(jié)果的倒數(shù)確定。
14、優(yōu)選地，所述綜合調(diào)整系數(shù)進一步由所述第一調(diào)整系數(shù)和所述第二調(diào)整系數(shù)的乘積結(jié)果確定。
15、優(yōu)選地，所述確定對應(yīng)種發(fā)電設(shè)備在當前時刻基于擾動觀察法的最大功率點追蹤算法中的擾動步長的確定方法為：
16、將各種發(fā)電設(shè)備在當前時刻的綜合調(diào)整系數(shù)進行歸一化后與預(yù)設(shè)最大擾動步長的乘積結(jié)果，與預(yù)設(shè)最小擾動步長的和值，作為對應(yīng)種發(fā)電設(shè)備在當前時刻的擾動步長值。
17、第二方面，本申請另一個實施例還提供了一種風光結(jié)合的電解水制氫系統(tǒng)，實現(xiàn)上述任意一項所述的一種風光結(jié)合的電解水制氫方法，該系統(tǒng)包括風光發(fā)電模塊、電解水制氫模塊、儲氫模塊、風光發(fā)電控制模塊以及步長調(diào)整模塊；
18、風光發(fā)電模塊，用于將風能和光能轉(zhuǎn)換為電能并供給電解水制氫模塊中；
19、電解水制氫模塊，用于利用風光發(fā)電模塊產(chǎn)生的電能制造氫氣；
20、儲氫模塊，用于儲存電解水制氫模塊中產(chǎn)生的氫氣；
21、風光發(fā)電控制模塊，用于通過使用具有mppt追蹤功能的制氫電源來最大化風光發(fā)電模塊中風力發(fā)電設(shè)備和光伏發(fā)電設(shè)備的輸出功率；
22、所述制氫電源包括：變流器、逆變器、整流器、步長調(diào)整模塊以及mppt追蹤變換模塊，步長調(diào)整模塊用于對mppt追蹤變換模塊中基于擾動觀察法的最大功率點追蹤算法中的擾動步長進行調(diào)整，以提高風光結(jié)合的電解水制氫系統(tǒng)在其制氫過程中的穩(wěn)定性以及制氫效率。
23、優(yōu)選地，所述步長調(diào)整模塊包括數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)處理單元以及步長計算單元，用于依次對應(yīng)實現(xiàn)上述一種風光結(jié)合的電解水制氫方法中的步驟一到步驟三。
24、本申請至少具有如下有益效果：
25、1.本申請根據(jù)得到的第一調(diào)整系數(shù)來分別調(diào)整后續(xù)mppt制氫電源中用于風力發(fā)電設(shè)備、光伏發(fā)電設(shè)備的mppt追蹤變換模塊中的擾動步長的值，能夠有效地避免風力發(fā)電設(shè)備和光伏發(fā)電設(shè)備的輸出功率出現(xiàn)徘徊于其各自的最大功率點附近無法及時收斂而產(chǎn)生較大震蕩的現(xiàn)象，進而抑制后續(xù)風力發(fā)電設(shè)備和光伏發(fā)電設(shè)備的總輸出功率中的數(shù)據(jù)波動，從而降低堿性電解槽的輸入功率中的數(shù)據(jù)波動程度，來提高后續(xù)電解水制氫模塊中制氫系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性；
26、2.本申請根據(jù)得到的第二調(diào)整系數(shù)來分別調(diào)整后續(xù)mppt制氫電源中用于風力發(fā)電設(shè)備、光伏發(fā)電設(shè)備的mppt追蹤變換模塊中的擾動步長的值，在確保電解水制氫模塊中制氫系統(tǒng)運行穩(wěn)定的前提下，通過減少風力發(fā)電設(shè)備或光伏發(fā)電設(shè)備的輸出功率在其各自局部最大功率點附近徘徊的時間，來使風力發(fā)電設(shè)備和光伏發(fā)電設(shè)備的輸出功率能夠快速地接近其各自的最大功率點，從而能夠使得它們在發(fā)電過程中能夠盡早地以最大功率進行輸出，進而能夠有效地提高電解水制氫模塊對風能和光能資源的利用率，來提高后續(xù)的制氫效率；
27、3.本申請根據(jù)第一、第二調(diào)整系數(shù)得到的綜合調(diào)整系數(shù)來對風力發(fā)電設(shè)備和光伏發(fā)電設(shè)備在基于擾動觀察法的最大功率點追蹤算法中的擾動步長進行動態(tài)地調(diào)整，能夠在確保電解水制氫模塊中制氫系統(tǒng)運行穩(wěn)定的前提下，有效地提高電解水制氫模塊對風能和光能資源的利用，進而能夠提高風光結(jié)合的電解水制氫系統(tǒng)的制氫效率。
1.一種風光結(jié)合的電解水制氫方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：
2.如權(quán)利要求1所述的一種風光結(jié)合的電解水制氫方法，其特征在于，所述預(yù)處理的方法為利用min-max歸一化方法對每種功率數(shù)據(jù)分別進行歸一化處理。
3.如權(quán)利要求1所述的一種風光結(jié)合的電解水制氫方法，其特征在于，所述歷史時間段為當前時刻及其前一調(diào)整時刻之間的時間段。
4.如權(quán)利要求1所述的一種風光結(jié)合的電解水制氫方法，其特征在于，所述趨勢項系數(shù)由對電解槽輸入功率序列中所有數(shù)據(jù)點的局部標準差提取趨勢項序列后，趨勢項序列的擬合直線斜率的指數(shù)化結(jié)果確定。
5.如權(quán)利要求1所述的一種風光結(jié)合的電解水制氫方法，其特征在于，所述波動特征值進一步由所述平均水平和所述趨勢項系數(shù)的乘積結(jié)果確定。
6.如權(quán)利要求1所述的一種風光結(jié)合的電解水制氫方法，其特征在于，所述均值的歸一化值的計算方法為：計算所有種發(fā)電設(shè)備的輸出功率序列中所有數(shù)據(jù)點的均值的和值；將各種發(fā)電設(shè)備計算的所述均值與所述和值的比值結(jié)果，作為所述均值的歸一化值。
7.如權(quán)利要求1所述的一種風光結(jié)合的電解水制氫方法，其特征在于，所述對各種發(fā)電設(shè)備的輸出功率序列進行平滑的方法采用sg濾波算法進行平滑處理。
8.如權(quán)利要求1所述的一種風光結(jié)合的電解水制氫方法，其特征在于，所述第二調(diào)整系數(shù)由所述所有峰值之間的標準差與峰值個數(shù)的乘積結(jié)果的倒數(shù)確定。
9.如權(quán)利要求1所述的一種風光結(jié)合的電解水制氫方法，其特征在于，所述綜合調(diào)整系數(shù)進一步由所述第一調(diào)整系數(shù)和所述第二調(diào)整系數(shù)的乘積結(jié)果確定。
10.如權(quán)利要求1所述的一種風光結(jié)合的電解水制氫方法，其特征在于，所述確定對應(yīng)種發(fā)電設(shè)備在當前時刻基于擾動觀察法的最大功率點追蹤算法中的擾動步長的確定方法為：
11.一種風光結(jié)合的電解水制氫系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)實現(xiàn)如權(quán)利要求1-10任意一項所述的一種風光結(jié)合的電解水制氫方法，該系統(tǒng)包括風光發(fā)電模塊、電解水制氫模塊、儲氫模塊、風光發(fā)電控制模塊以及步長調(diào)整模塊；
12.如權(quán)利要求11所述的一種風光結(jié)合的電解水制氫系統(tǒng)，其特征在于，所述步長調(diào)整模塊包括數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)處理單元以及步長計算單元，用于依次對應(yīng)實現(xiàn)上述一種風光結(jié)合的電解水制氫方法中的步驟一到步驟三。