一种氢燃料电站的能量管理方法及管理系统与流程

本发明涉及能量管理，具体涉及一种氢燃料电站的能量管理方法及管理系统。

背景技术：

1、近些年来，随着不可再生能源的短缺和环境保护的需要，氢能产业逐步发展起来。目前，在化工行业对副产氢的利用重视不够，造成大量副产氢浪费。而氢气储存、运输成本较高，在工厂就地建设氢燃料电站具有低成本和供应充足的优势，有利于推进低碳、安全的工业副产氢源保障项目建设。

2、氢燃料电站产生的电能配合电网供电共同供工厂使用，即节约了工业用电又利用了副产氢，在此背景下，如何通过对氢燃料电池系统与电网供电之间的能量的合理管理，以实现氢燃料电池系统对功率的快速响应，在燃料电池电站运行过程中，通过操作人员输入的设定功率为基准，对各氢燃料电池系统(fcs)状态信息进行判断，并自适应动态调节各fcs工作状态，以达到在满足总功率输出满足需求的同时，fcs效率、寿命最优，氢气利用率高提高整体性能，成为亟待解决的问题。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种氢燃料电站的能量管理方法及管理系统，对氢燃料电池电站上多套fcs进行功率分配调节，实现对氢燃料电站能量的合理管理。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

3、本发明一方面提供了一种氢燃料电站的能量管理方法，所述氢燃料电站包括n套氢燃料电池系统，n套所述氢燃料电池系统均用于将氢气与空气中的氧气进行电化学反应生成电能，所述能量管理方法包括：

4、s1：采集并处理各套氢燃料电池系统的工作状态及信息；

5、s2：设定氢燃料电站的发电需求功率与启停指令；

6、s3：根据接收到的需求功率与启停指令以及反馈的氢燃料电池系统数据信息进行n套氢燃料电池系统的启停及功率分配，其中n套氢燃料电池系统中每次最多启动m套氢燃料电池系统，剩余n-m套待机休息，m＝90％n。

7、具体地，步骤s3进行n套氢燃料电池系统的启停及功率分配方法如下：

8、获取各套氢燃料电池系统的预设功率；

9、在输入为启动时，读取步骤s2中设定的需求功率；

10、将需求功率与同时正常工作的各套氢燃料电池系统总功率之和进行比较，若需求功率≥总功率之和，则取总功率之和为设定功率限制上限；若需求功率<总功率之和，则取需求功率为设定功率；

11、将设定功率/m，若计算结果超过预设功率，则启动m套氢燃料电池系统，此时，各套氢燃料电池系统的工作功率p＝设定功率/m；若计算结果不超过预设功率，则启动的氢燃料电池系统数量＝则启动的氢燃料电池系统数量＝设定功率除以预设功率得到的数值并向上取整，且各套氢燃料电池系统的工作功率p＝设定功率/启动的氢燃料电池系统数量；

12、各套氢燃料电池系统反馈工作状态正常后，对各套氢燃料电池系统反馈功率进行监控，对氢燃料电池系统反馈功率做p i调节，使得氢燃料电池系统反馈功率达到氢燃料电池系统工作功率p。

13、其中，获取各套氢燃料电池系统的预设功率的方法如下：

14、获取各套氢燃料电池系统在效率最高点的对应功率，并计算效率最高点各对应功率总和的平均值，平均值取为各套氢燃料电池系统的预设功率。

15、进一步地，上述一种氢燃料电站的能量管理方法还包括对n套氢燃料电池系统的轮休管理，轮休管理方法如下：

16、按照n套氢燃料电池系统编号次序，每t时间进行一次轮休操作，每次轮休q套燃料电池系统，q值根据实际工况自行确定，当轮休到第n套燃料电池系统时，循环至1号氢燃料电池系统进行轮休。

17、其中，若氢燃料电池系统因故障轮休时，根据总功率对氢燃料电池系统进行重新分配，且根据实际工况标定，预留一定数量的氢燃料电池系统做待轮休氢燃料电池系统，若可工作的氢燃料电池系统总功率输出达不到设定功率需求则上报故障提醒操作人员。

18、另一方面，本发明还提供了一种氢燃料电站的能量管理系统,用于执行上述的氢燃料电站的能量管理方法，该系统包括n套氢燃料电池系统、集散控制系统及燃料电池控制器；每套所述氢燃料电池系统均通信连接一个所述燃料电池控制器，所述集散控制系统分别与n个所述燃料电池控制器通信连接；其中所述集散控制系统用于接收操作人员设定的发电需求功率与启停指令，并根据各氢燃料电池系统工作状态进行功率分配调节及故障诊断；其中所述燃料电池控制器用于接收集散控制系统的启停命令、发电功率需求指令并控制氢燃料电池系统进行工作。

19、作为本发明进一步的方案：该系统还包括协议转换器和光纤调制解调器，所述燃料电池控制器对相应的氢燃料电池系统的工作状态及信息进行采集并处理，并将信息通过can总线传输至所述协议转换器，所述协议转换器将can数据信息通过modbus总线传输至所述光纤调制解调器，最终所述光纤调制解调器将电信号转换成光信号通过光纤传输至集散控制系统。

20、作为本发明进一步的方案：该系统还包括dcdc升压变换器、变流器以及变压器；所述dcdc升压变换器与对应所述氢燃料电池系统和所述变流器均电性连接，所述变压器与所述变流器和电网电性连接，所述dcdc升压变换器用于将氢燃料电池系统输出的电能经过升压后输入所述变流器；所述变流器用于将所述氢燃料电池系统与电网的能量变换；所述变压器用于将所述变流器交流侧电压升至满足并网要求。

21、本发明具有以下有益效果：

22、本发明提供的氢燃料电站的能量管理系统和能量管理方法，在氢燃料电站工作过程中，能够根据操作人员在集散控制系统dcs控制面板上设定的发电需求功率，自行对n套氢燃料电池系统fcs进行功率分配调节启停控制，采取氢燃料电池系统fcs轮休方式进行，使得在总功率输出满足需求的同时，不仅达到氢燃料电池系统fcs工作效率、且确保各套氢燃料电池系统fcs寿命，提升氢气利用率，提高发电效率。

技术特征：

1.一种氢燃料电站的能量管理方法，其特征在于：所述氢燃料电站包括n套氢燃料电池系统，n套所述氢燃料电池系统均用于将氢气与空气中的氧气进行电化学反应生成电能，所述能量管理方法包括：

2.根据权利要求1所述的一种氢燃料电站的能量管理方法，其特征在于：步骤s3进行n套氢燃料电池系统的启停及功率分配方法如下：

3.根据权利要求2所述的一种氢燃料电站的能量管理方法,其特征在于：获取各套氢燃料电池系统的预设功率的方法如下：

4.根据权利要求1所述的一种氢燃料电站的能量管理方法,其特征在于：还包括对n套氢燃料电池系统的轮休管理，轮休管理方法如下：

5.根据权利要求4所述的一种氢燃料电站的能量管理方法,其特征在于：其中若氢燃料电池系统因故障轮休时，根据总功率对氢燃料电池系统进行重新分配，且根据实际工况标定，预留一定数量的氢燃料电池系统做待轮休氢燃料电池系统，若可工作的氢燃料电池系统总功率输出达不到设定功率需求则上报故障提醒操作人员。

6.根据权利要求1所述的一种氢燃料电站的能量管理系统,用于执行权利要求1-5任一项所述的氢燃料电站的能量管理方法，其特征在于：包括n套氢燃料电池系统、集散控制系统及燃料电池控制器；每套所述氢燃料电池系统均通信连接一个所述燃料电池控制器，所述集散控制系统分别与n个所述燃料电池控制器通信连接；其中所述集散控制系统用于接收操作人员设定的发电需求功率与启停指令，并根据各氢燃料电池系统工作状态进行功率分配调节及故障诊断；其中所述燃料电池控制器用于接收集散控制系统的启停命令、发电功率需求指令并控制氢燃料电池系统进行工作。

7.根据权利要求6所述的一种氢燃料电站的能量管理系统,其特征在于：还包括协议转换器和光纤调制解调器，所述燃料电池控制器对相应的氢燃料电池系统的工作状态及信息进行采集并处理，并将信息通过can总线传输至所述协议转换器，所述协议转换器将can数据信息通过modbus总线传输至所述光纤调制解调器，最终所述光纤调制解调器将电信号转换成光信号通过光纤传输至集散控制系统。

8.根据权利要求7所述的一种氢燃料电站的能量管理系统,其特征在于：还包括dcdc升压变换器、变流器以及变压器；所述dcdc升压变换器与对应所述氢燃料电池系统和所述变流器均电性连接，所述变压器与所述变流器和电网电性连接，所述dcdc升压变换器用于将氢燃料电池系统输出的电能经过升压后输入所述变流器；所述变流器用于将所述氢燃料电池系统与电网的能量变换；所述变压器用于将所述变流器交流侧电压升至满足并网要求。

技术总结
本发明公开了一种氢燃料电站的能量管理方法及管理系统，该系统包括n套氢燃料电池系统、集散控制系统及燃料电池控制器；每套氢燃料电池系统均通信连接一个燃料电池控制器，集散控制系统分别与n个燃料电池控制器通信连接；其中集散控制系统用于接收操作人员设定的发电需求功率与启停指令，并根据各氢燃料电池系统工作状态进行功率分配调节及故障诊断；其中燃料电池控制器用于接收集散控制系统的启停命令、发电功率需求指令并控制氢燃料电池系统进行工作。能够根据操作人员在集散控制系统DCS控制面板上设定的发电需求功率，该系统自行对n套氢燃料电池系统FCS进行功率分配调节启停控制。

技术研发人员：王成尧,霍亮,顾小涛
受保护的技术使用者：安徽明天新能源科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/22