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专利号: 2023115249961
申请人: 燕山大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-07-01
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种新能源多能互补制氢系统能量管理方法,其特征在于:包括以下步骤:步骤S1、采集光伏板系统数据:根据光伏板所能提供给三端口变换器的功率进行传输模型选择;通过采集光伏组件的长宽高、光电转化效率、填充因子及光照强度数据,计算出此时光伏板的输出功率;具体公式为:WP=S×η×FF×光照强度

其中Wp为输出功率,S为光伏板表面积,η为光电转换效率,FF为填充因子;

步骤S2、根据光伏板输出功率大小选择功率传输模型:在光照强度充足时,即光伏板输出功率能够达到制氢端口功率的70%,系统选择三端口功率传输模型,可再生能源端口和储能电池端口同时给制氢端口供能,三个端口之间都存在能量传输;在光照强度不足时即光伏板输出功率无法达到制氢端口功率的70%,为了保证氢气制取的持续性,系统选择两端口功率传输模型,由储能端口单独给制氢端口进行能量传输;

步骤S3、变换器数据采集及数据预处理:通过电压传感器与电流传感器采集变换器的关键电气参数,确定系统的功率传输范围、确定功率传输大小并初始化变换器的控制变量,最后将数据分为训练集I、训练集II和测试集I、测试集II,为之后进行的能流优化模型训练做准备;

步骤S4、能流优化模型训练:分别搭建三端口功率传输模型的能流优化模型和两端口功率传输模型的能流优化模型,将步骤S3中初始化完成的训练集I、训练集II控制变量输入到对应的能流优化训练模型当中进行训练;

步骤S5,能流优化方案的使用:通过实际训练得到的能流优化模型来进行实际功率传输测试,将实际采集到的测试集I、测试集II数据输入到训练好的能流优化模型中进行识别,将能流优化模型输出与实际变换器系统的状态进行对比,对能流优化模型性能进行评价。

2.根据权利要求1所述的一种新能源多能互补制氢系统能量管理方法,其特征在于:所述步骤S2中三端口功率传输模型公式表示为:其中,P3表示制氢端口接收的功率,P1‑3表示可再生能源端口传递给制氢端口的能量,P2‑3表示储能端口传递给制氢端口的能量,TS表示开关周期,V'2(t)表示储能端口电压折算到可再生能源端口的电压,V1(t)表示可再生能源端口电压,i'2‑3(t)表示储能端口和制氢端口之间的等效电流,i'1‑3(t)表示可再生能源端口和制氢端口之间的等效电流;

三端口功率传输过程中制氢端口电流有效值公式表示为:

所述步骤S2中两端口功率传输模型公式表示为:

其中,P3表示制氢端口接收的功率,P2‑3表示储能端口传递给制氢端口的能量,TS表示开关周期,V'2(t)表示储能端口电压折算到可再生能源端口的电压,i'2‑3(t)表示储能端口和制氢端口之间的等效电流;

两端口功率传输过程中制氢端口电流有效值公式表示为:

其中,IRMS表示制氢端口一个开关周期内的端口电流有效值。

3.根据权利要求2所述的一种新能源多能互补制氢系统能量管理方法,其特征在于:所述步骤S3中的数据预处理指的是按照输入变换器的输入电压与制氢端口输出电压计算出系统最大传输功率Pmax,其中三端口功率传输模型的最大传输功率表达式为:其中V1表示可再生能源端口电压幅值,V'2表示储能端口电压幅值,V'3表示制氢端口电压幅值,L13表示可再生能源端口与制氢端口之间的等效电感,L23表示储能端口与制氢端口之间的等效电感;

根据最大传输功率Pmax将系统功率传输范围分为n个区间,每个区间的功率差值为Pn,可由下式表示:此时确定传输功率区间PN,可由下式表达:

PN=NPn

其中N表示具体的功率区间;

两端口功率传输模型的最大传输功率表达式为:

其中V'2表示储能端口电压幅值,V'3表示制氢端口电压幅值,L23表示储能端口与制氢端口之间的等效电感;

根据最大传输功率Pmax将系统功率传输范围分为n个区间,每个区间的功率差值为Pn,可由下式表示:此时确定传输功率区间PN,可由下式表达:

PN=NPn

其中N表示具体的功率区间;

所述步骤S3中初始化变换器的控制变量,对于三端口功率传输模型来说,需要初始化的控制变量有可再生能源端口和制氢端口之间的驱动移相时间差t13、储能端口和制氢端口之间的驱动移相时间差t23;对于两端口功率传输模型来说,需要初始化的控制变量有储能端口和制氢端口之间的驱动移相时间差t23、储能端口驱动信号占空比D2及制氢端口驱动信号占空比D3。

4.根据权利要求3所述的一种新能源多能互补制氢系统能量管理方法,其特征在于:所述步骤S4中所述的三端口功率传输模型的能流优化模型,模型搭建过程为:首先设定传输功率PN为约束条件,选取控制变量进行有效值计算,在三端口传输模型中,定义控制变量如下:X{t13,t23}

在两端口传输模型中,定义控制变量如下:

X{D1,D2,t23}

将控制变量代入有效值计算公式并判断此时系统是否满足软开关ZVS条件,若满足ZVS条件,则将电流有效值结果与上一次结果进行比较,若比电流有效值上一次结果更低或者上一组数据不满足ZVS,则将该结果设为当前最优值,此时的控制变量设为当前最优量,反之则保留上一组控制参数与计算结果;如果此时不满足ZVS条件,则将电流有效值结果与上一次结果进行比较,若电流有效值比上一组更低且上一组控制变量不满足ZVS,则将此组参数进行更新,反之则保留上一组参数与计算结果;以此来不断更新最优控制变量数据,当达到迭代次数时则训练完成;

其中,满足ZVS软开关的条件为:

其中,ISx表示流过开关的电流值,C表示驱动开关两侧的结电容,VDC表示驱动开关两侧的电压,tdead表示死区时间。

5.根据权利要求1所述的一种新能源多能互补制氢系统能量管理方法,其特征在于:所述步骤S3中所述的测试集Ⅰ和测试集Ⅱ中的数据分别输入训练好的三端口能流优化模型和两端口能流优化模型进行能流优化。