一种制氢系统温度调控方法、装置、设备及介质与流程

本发明涉及制氢系统温度调控领域，具体涉及一种制氢系统温度调控方法、装置、设备及介质。

背景技术：

1、在对制氢系统进行温度调控时，目前面临的最大困难来源于系统固有的非线性和大滞后性。为了提高制氢系统温度控制精度，已有文献大多以冷却水流量作为单一控制变量进行温度控制策略的研发，与制氢装置的实际运行状况存在一定误差，电解槽作为热源会使整个制氢系统的温度呈现上升的趋势，单独控制冷却回路中冷却水流量无法保证系统温度的稳定。另一方面由于电解槽与冷却回路空间上的距离以及传热介质水的稳定性，进一步增加了温度控制系统的滞后。在现有技术中，对制氢系统对温度进行调控时，稳定性和响应速度较差。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种制氢系统温度调控方法、装置、设备及介质，以解决在设置氮气流量时，制氢系统温度调控稳定性差、响应速度慢的问题。

2、第一方面，本发明提供了一种制氢系统温度调控方法，所述方法包括：

3、根据制氢系统的热力学关系，得到所述制氢系统中目标参数的微分方程；

4、基于所述微分方程和所述制氢系统的状态变量、输出变量和输入变量，得到所述制氢系统在当前调度变量下的线性模型和系统矩阵；

5、获取所述制氢系统在当前时刻的输入变量和状态变量，根据所述系统矩阵得到所述制氢系统在当前时刻的离散模型；

6、基于所述离散模型和当前时刻的输入变量和状态变量，求解所述制氢系统在预设目标条件下的最优控制值；

7、基于所述最优控制值调整所述制氢系统在下一时刻的输入变量。

8、通过制氢系统中的热力学关系构建微分方程，并最终构建离散模型，基于离散模型和当前时刻的系统输入和系统状态，求解目标条件下的最优控制值，以此来调整制氢系统的输入变量，以使得制氢系统的温度可以被稳定的调控。

9、在一种可选的实施方式中，所述目标参数包括：电解槽出口水温、电解槽入口水温、分离器出口水温，所述根据所述制氢系统的热力学关系，得到所述制氢系统中目标参数的微分方程，包括：

10、根据所述制氢系统的热力学关系，得到所述制氢系统中电解槽出口水温、电解槽入口水温、分离器出口水温的微分方程。

11、通过构建制氢系统中电解槽出口水温、电解槽入口水温、分离器出口水温的微分方程，可以在后续计算离散模型时，计算得到未来时刻的电解槽出口水温、电解槽入口水温，以计算输入变量，达到对电解槽出口水温、电解槽入口水温的精准调控。

12、在一种可选的实施方式中，所述基于所述微分方程和所述制氢系统的状态变量、输出变量和输入变量，得到所述制氢系统在当前调度变量下的线性模型和系统矩阵，包括：

13、将所述制氢系统中的电解槽出口水温、电解槽入口水温、分离器出口水温定义为状态变量；

14、将所述制氢系统中的电解槽出口水温、电解槽入口水温定义为输出变量；

15、将所述制氢系统中的循环水流量和冷却水流量定义为输入变量；

16、基于所述状态变量、输出变量和输入变量，得到所述微分方程的非线性表达式；

17、获取当前调度变量下的状态变量和输入变量，基于所述当前调度变量下的状态变量、输入变量和所述微分方程的非线性表达式，得到所述制氢系统在当前调度变量下的线性模型和系统矩阵。

18、通过将制氢系统中的各种参数定义为系统的各种变量，已得到微分方程的非线性表达式，从而进一步得到制氢系统的线性模型和系统矩阵，可以使得后续计算控制变量时更加准确。

19、在一种可选的实施方式中，所述系统矩阵包括：所述系统状态矩阵、系统输入矩阵、系统常数项矩阵和系统输出矩阵，所述基于所述当前调度变量下的状态变量、输入变量和所述微分方程的非线性表达式，得到所述制氢系统在当前调度变量下的线性模型和系统矩阵，包括：

20、将所述当前调度变量下的状态变量和输入变量带入所述微分方程的非线性表达式；

21、对当前非线性表达式中的状态变量求导，得到对应的系统状态矩阵；

22、对当前非线性表达式中的输入变量求导，得到对应的系统输入矩阵；

23、对当前非线性表达式中的系统变量求导，得到对应的常数项矩阵；

24、基于所述系统中输出变量和状态变量的关系，得到系统输出矩阵；

25、基于所述系统状态矩阵、系统输入矩阵、常数项矩阵系统输入矩阵和对应变量的微分形式，得到所述制氢系统在当前调度变量下的线性模型。

26、在将微分方程的非线性表达式转换为线性模型时，通过带入当前调度下的状态变量和输入变量，并进行求导得到系统中各个参数对应的矩阵，可以构建在调度变量下的线性模型，以得到针对系统当前调度变量下的线性模型，在系统调度发生变化时，可以得到更准确的线性模型及对应的系统矩阵，以增强控制变量调控时的准确性。

27、在一种可选的实施方式中，所述基于所述离散模型和当前时刻的输入变量和状态变量，求解所述制氢系统在预设目标条件下的最优控制值，包括：

28、基于所述离散模型和当前时刻的输入变量和状态变量，计算所述制氢系统在未来时刻的状态变量；

29、基于所述当前时刻的输入变量和状态变量和所述制氢系统在未来时刻的状态变量，求解所述制氢系统在预设目标条件下的最优控制值。

30、通过构建的离散模型来得到当前时刻及未来时刻的变量值，并以此来计算最优控制值，可以获得准确时刻的变量值，使得控制变量的调控更符合实际生产要求。

31、在一种可选的实施方式中，所述最优控制值，包括最优冷却水流量和最优循环水流量；

32、所述基于所述当前时刻的输入变量和状态变量和所述制氢系统在未来时刻的状态变量，求解所述制氢系统在预设目标条件下的最优控制值，包括：

33、基于所述当前时刻的输入变量和状态变量和所述制氢系统在未来时刻的状态变量，计算未来时段内，所述制氢系统的实际电解槽出口水温和目标电解槽出口水温差值，与实际电解槽入口水温和目标电解槽入口水温差值的和最小时，所述制氢系统中的最优冷却水流量和最优循环水流量。

34、通过计算未来时段内，电解槽实际出入口温度和目标值最小时对应的冷却水流量和循环水流量，并以此来调控制氢系统的温度，可以使得制氢系统的实际温度更接近目标值，保证温度调控效果。

35、第二方面，本发明提供了一种制氢系统温度调控装置，所述装置包括：

36、微分方程构建模块，用于根据制氢系统的热力学关系，得到所述制氢系统中目标参数的微分方程；

37、系统矩阵计算模块，用于基于所述微分方程和所述制氢系统的状态变量、输出变量和输入变量，得到所述制氢系统在当前调度变量下的线性模型和系统矩阵；

38、当前变量获取模块，用于获取所述制氢系统在当前时刻的输入变量和状态变量，根据所述系统矩阵得到所述制氢系统在当前时刻的离散模型；

39、最优控制计算模块，用于基于所述离散模型和当前时刻的输入变量和状态变量，求解所述制氢系统在预设目标条件下的最优控制值；

40、输入变量调整模块，用于基于所述最优控制值调整所述制氢系统在下一时刻的输入变量。

41、在一种可选的实施方式中，所述系统矩阵计算模块，在用于基于所述微分方程和所述制氢系统的状态变量、输出变量和输入变量，得到所述制氢系统在当前调度变量下的线性模型和系统矩阵时，包括：

42、将所述制氢系统中的电解槽出口水温、电解槽入口水温、分离器出口水温定义为状态变量；

43、将所述制氢系统中的电解槽出口水温、电解槽入口水温定义为输出变量；

44、将所述制氢系统中的循环水流量和冷却水流量定义为输入变量；

45、基于所述状态变量、输出变量和输入变量，得到所述微分方程的非线性表达式；

46、获取当前调度变量下的状态变量和输入变量，基于所述当前调度变量下的状态变量、输入变量和所述微分方程的非线性表达式，得到所述制氢系统在当前调度变量下的线性模型和系统矩阵。

47、在一种可选的实施方式中，所述目标参数包括：电解槽出口水温、电解槽入口水温、分离器出口水温，所述微分方程构建模块在根据所述制氢系统的热力学关系，得到所述制氢系统中目标参数的微分方程时，包括：

48、根据所述制氢系统的热力学关系，得到所述制氢系统中电解槽出口水温、电解槽入口水温、分离器出口水温的微分方程。

49、在一种可选的实施方式中，所述系统矩阵包括：系统状态矩阵、系统输入矩阵、系统常数项矩阵和系统输出矩阵，所述系统矩阵计算模块，在基于所述当前调度变量下的状态变量、输入变量和所述微分方程的非线性表达式，得到所述制氢系统在当前调度变量下的线性模型和系统矩阵时，包括：

50、将所述当前调度变量下的状态变量和输入变量带入所述微分方程的非线性表达式；

51、对当前非线性表达式中的状态变量求导，得到对应的系统状态矩阵；

52、对当前非线性表达式中的输入变量求导，得到对应的系统输入矩阵；

53、对当前非线性表达式中的系统变量求导，得到对应的常数项矩阵；

54、基于所述系统中输出变量和状态变量的关系，得到系统输出矩阵；

55、基于所述系统状态矩阵、系统输入矩阵、常数项矩阵系统输入矩阵和对应变量的微分形式，得到所述制氢系统在当前调度变量下的线性模型。

56、在一种可选的实施方式中，所述最优值计算模块，在基于所述离散模型和当前时刻的输入变量和状态变量，求解所述制氢系统在预设目标条件下的最优控制值时，包括：

57、基于所述离散模型和当前时刻的输入变量和状态变量，计算所述制氢系统在未来时刻的状态变量；

58、基于所述当前时刻的输入变量和状态变量和所述制氢系统在未来时刻的状态变量，求解所述制氢系统在预设目标条件下的最优控制值。

59、在一种可选的实施方式中，所述最优控制值，包括最优冷却水流量和最优循环水流量；所述最优值计算模块，在基于所述离散模型和当前时刻的输入变量和状态变量，求解所述制氢系统在预设目标条件下的最优控制值时，包括：

60、基于所述当前时刻的输入变量和状态变量和所述制氢系统在未来时刻的状态变量，计算未来时段内，所述制氢系统的实际电解槽出口水温和目标电解槽出口水温差值，与实际电解槽入口水温和目标电解槽入口水温差值的和最小时，所述制氢系统中的最优冷却水流量和最优循环水流量。

61、第三方面，本发明提供了一种计算机设备，包括：存储器和处理器，存储器和处理器之间互相通信连接，存储器中存储有计算机指令，处理器通过执行计算机指令，从而执行上述第一方面或其对应的任一实施方式的制氢系统温度调控方法。

62、第四方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机指令，计算机指令用于使计算机执行上述第一方面或其对应的任一实施方式的制氢系统温度调控方法。