基于边界约束的电解制氢系统自适应虚拟惯量控制方法

本发明涉及电力调控，尤其涉及基于边界约束的电解制氢系统自适应虚拟惯量控制方法。

背景技术：

1、目前，在电解制氢系统参与电网辅助服务的技术领域中，在控制策略层面，为了使制氢系统能够模拟传统同步发电机的外特性以支撑电网频率稳定，虚拟同步发电机控制技术被广泛引入。该技术通过模拟同步发电机的转子运动方程和励磁控制方程，赋予变流器接口惯性阻尼特性及一次调频能力，使得电解制氢系统不仅能够作为可控负荷消纳弃风弃光，还能主动参与电网的有功功率调节与频率支撑，有效提升了高比例新能源电力系统的稳定性。

2、其次，在功率执行与安全约束层面，现有的工程实践多采用基于固定边界的制氢系统功率限幅方法。这类控制方法的核心逻辑是依据变流器的额定容量或工艺安全要求设定固定的运行区间，以确保设备安全并防止误操作。具体而言，该类现有技术通常包含以下四个实施步骤：

3、第一步，持续监测电网频率偏差信号或接收上层调度中心下发的总功率有功指令；

4、第二步，将采集到的频率偏差输入至虚拟同步发电机等控制算法环节，经过计算得出制氢系统理论所需的初始有功功率调整量；

5、第三步，设定一个固定的功率上下限常数进行约束，其中上限通常设为额定功率的100%，下限则根据电解槽工艺安全阈值设定为固定值（例如额定功率的30%），以防止低负荷工况下因产气速率过低导致氢氧互窜混合而引发爆炸风险；若第二步计算出的初始指令超出该固定区间，则直接进行饱和硬限幅处理；

6、第四步，将经过限幅处理后的最终功率指令下发至变流器底层控制模块执行，完成对制氢系统的功率调节。

7、尽管上述基于固定边界的限幅方法逻辑简单、易于实现且能保障基本的安全底线，但在实际应用中仍存在一定局限性。由于电解槽的热力学特性、气液分离效率及催化剂活性等参数会随运行温度、压力及老化程度动态变化，其实际的安全稳定运行边界并非一条固定不变的直线。采用固定的30%或其他恒定值作为下限，在工况良好时可能导致调节潜力浪费，而在极端或过渡工况下又可能无法精准匹配实时的安全边界，从而影响制氢系统参与电网调节的经济性与安全性。因此，亟需研发一种更为适应电解制氢系统动态特性的功率控制与限幅技术。

技术实现思路

1、本发明旨在至少解决相关技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提供基于边界约束的电解制氢系统自适应虚拟惯量控制方法，实现对电解制氢过程的虚拟惯量进行自适应控制。

2、本发明提供基于边界约束的电解制氢系统自适应虚拟惯量控制方法，包括：

3、s1：采集系统多元运行信息，构建虚拟同步发电机算法，将系统多元运行信息输入到虚拟同步发电机算法中，得到初始有功功率；

4、s2：确定参考基准值，通过参考基准值计算动态伏安参数；

5、s3：确定氢气浓度差和气体活化能，通过氢气浓度差和气体活化能计算最小安全电流；

6、s4：根据最小安全电流计算功率下限值，计算功率上限值，通过动态伏安参数、功率上限值和功率下限值得到实际输出功率；

7、s5：计算有功偏差量，通过有功偏差量计算虚拟转子角速度偏差，通过实际输出功率和虚拟转子角速度偏差对系统虚拟惯量进行控制。

8、根据本发明提供的基于边界约束的电解制氢系统自适应虚拟惯量控制方法，步骤s1中，所述系统多元运行信息包括电网频率、变流器直流母线端电压和电解电堆实时工作温度。

9、根据本发明提供的基于边界约束的电解制氢系统自适应虚拟惯量控制方法，步骤s2进一步包括：

10、s21：确定包括可变电位基准值、电解质电阻基准值和分流器阻抗基准值的参考基准值；

11、s22：通过可变电位基准值计算动态可变电位，通过电解质电阻基准值计算动态电解质电阻，通过分流器阻抗基准值计算动态分流器阻抗，所述动态伏安参数包括动态可变电位、动态电解质电阻和动态分流器阻抗。

12、根据本发明提供的基于边界约束的电解制氢系统自适应虚拟惯量控制方法，步骤s3中，通过气体活化能计算温度因子，确定电解系统参数，通过所述电解系统参数、温度因子和氢气浓度差计算所述最小安全电流。

13、根据本发明提供的基于边界约束的电解制氢系统自适应虚拟惯量控制方法，步骤s4中，确定逆变器最大电流和反应速率限制最大电流，通过逆变器最大电流和反应速率限制最大电流的最小值计算所述功率上限值。

14、根据本发明提供的基于边界约束的电解制氢系统自适应虚拟惯量控制方法，步骤s5中，确定虚拟同步机参考功率，根据所述虚拟同步机参考功率和实际输出功率计算有功偏差量，使用有功偏差量进行积分，得到所述虚拟转子角速度偏差。

15、本发明还提供基于边界约束的电解制氢系统自适应虚拟惯量控制系统，包括：

16、初始有功功率模块：用于采集系统多元运行信息，构建虚拟同步发电机算法，将系统多元运行信息输入到虚拟同步发电机算法中，得到初始有功功率；

17、动态伏安参数模块：用于确定参考基准值，通过参考基准值计算动态伏安参数；

18、最小安全电流模块：用于确定氢气浓度差和气体活化能，通过氢气浓度差和气体活化能计算最小安全电流；

19、实际输出功率模块：用于根据最小安全电流计算功率下限值，计算功率上限值，通过动态伏安参数、功率上限值和功率下限值得到实际输出功率；

20、虚拟惯量控制模块：用于计算有功偏差量，通过有功偏差量计算虚拟转子角速度偏差，通过实际输出功率和虚拟转子角速度偏差对系统虚拟惯量进行控制。

21、本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述基于边界约束的电解制氢系统自适应虚拟惯量控制方法的步骤。

22、本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述基于边界约束的电解制氢系统自适应虚拟惯量控制方法的步骤。

23、本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行如上述任一种所述基于边界约束的电解制氢系统自适应虚拟惯量控制方法的步骤。

24、本发明实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果之一：

25、本发明提供的基于边界约束的电解制氢系统自适应虚拟惯量控制方法，能够通过工作环境解算合理的功率上限值和功率下限值，从而在保证系统安全工作的同时充分发挥电解制氢系统的工作潜力，此外根据动态伏安参数还可以进一步保证系统的工作安全。最终计算虚拟转子角速度偏差，通过实际输出功率和虚拟转子角速度偏差实现对系统虚拟惯量进行控制。

26、本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

1.基于边界约束的电解制氢系统自适应虚拟惯量控制方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于边界约束的电解制氢系统自适应虚拟惯量控制方法，其特征在于，步骤s1中，所述系统多元运行信息包括电网频率、变流器直流母线端电压和电解电堆实时工作温度。

3.根据权利要求1所述的基于边界约束的电解制氢系统自适应虚拟惯量控制方法，其特征在于，步骤s2进一步包括：

4.根据权利要求1所述的基于边界约束的电解制氢系统自适应虚拟惯量控制方法，其特征在于，步骤s3中，通过气体活化能计算温度因子，确定电解系统参数，通过所述电解系统参数、温度因子和氢气浓度差计算所述最小安全电流。

5.根据权利要求1所述的基于边界约束的电解制氢系统自适应虚拟惯量控制方法，其特征在于，步骤s4中，确定逆变器最大电流和反应速率限制最大电流，通过逆变器最大电流和反应速率限制最大电流的最小值计算所述功率上限值。

6.根据权利要求1所述的基于边界约束的电解制氢系统自适应虚拟惯量控制方法，其特征在于，步骤s5中，确定虚拟同步机参考功率，根据所述虚拟同步机参考功率和实际输出功率计算有功偏差量，使用有功偏差量进行积分，得到所述虚拟转子角速度偏差。

7.基于边界约束的电解制氢系统自适应虚拟惯量控制系统，用于执行如权利要求1至6任一项所述的基于边界约束的电解制氢系统自适应虚拟惯量控制方法，其特征在于，包括：

8.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至6任一项所述的基于边界约束的电解制氢系统自适应虚拟惯量控制方法。

9.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至6任一项所述的基于边界约束的电解制氢系统自适应虚拟惯量控制方法。

10.一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，其特征在于，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行如权利要求1至6任一项所述的基于边界约束的电解制氢系统自适应虚拟惯量控制方法。