CN115110119B - 制氢***的温度控制方法及装置、制氢*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种制氢***的温度控制方法及装置、制氢***。制氢***的温度控制方法包括：获取温度设定值、电解槽温度、初始流量设定值和冷却循环泵的出口流量；若根据温度设定值、电解槽温度、初始流量设定值和出口流量判断出制氢***处于温度单扰动状态，则执行温度外环控制过程和流量内环控制过程；其中，温度外环控制过程包括：根据电解槽温度和温度设定值调节初始流量设定值，得到目标流量设定值；流量内环控制过程包括：根据目标流量设定值和出口流量调节流量控制设备的运行参数，以调节冷却循环泵的出口流量，进而调节电解槽温度。本发明实施例可以减小制氢***温度控制的滞后现象，提高制氢***的温度控制精度和电解槽效率。
Description
技术领域
本发明涉及制氢技术领域，尤其涉及一种制氢***的温度控制方法及装置、制氢***。
背景技术
电解制氢***是以水为原料，由电解槽、气体分离器和冷却循环泵等设备构成的用于制取高纯度氢气的***。其中，电解槽温度直接影响电解效率，电解槽温度过低，会增大电解液电阻，增加电解制氢的电能消耗；电解槽温度过高，会对电解隔膜造成损坏，易造成制氢***过温停机。因此，热管理对制氢***至关重要。现有的制氢***的温度控制方法为根据电解槽温度调节冷却循环泵出口处调节阀开度的单回路控制，由于检测点与控制点距离比较远，冷却循环泵出口流量变化到电解槽温度变化并被温度计识别的时间较长，导致制氢***的温度控制不及时，存在温控响应滞后现象，影响制氢***的温度控制精度和电解槽效率。
发明内容
本发明提供了一种制氢***的温度控制方法及装置、制氢***，以减小制氢***温度控制的滞后现象，提高制氢***的温度控制精度和电解槽效率。
第一方面，本发明实施例提供了一种制氢***的温度控制方法，包括：
获取温度设定值、电解槽温度、初始流量设定值和冷却循环泵的出口流量；
若根据所述温度设定值、所述电解槽温度、所述初始流量设定值和所述出口流量判断出所述制氢***处于温度单扰动状态，则执行温度外环控制过程和流量内环控制过程；
其中，所述温度外环控制过程包括：根据所述电解槽温度和所述温度设定值调节所述初始流量设定值，得到目标流量设定值；所述流量内环控制过程包括：根据所述目标流量设定值和所述出口流量调节流量控制设备的运行参数，以调节所述冷却循环泵的出口流量，进而调节所述电解槽温度。
可选地，所述温度单扰动状态包括：所述电解槽温度不等于所述温度设定值，且所述出口流量等于所述初始流量设定值。
可选地，所述制氢***的温度控制方法，还包括：若根据所述温度设定值、所述电解槽温度、所述初始流量设定值和所述出口流量判断出所述制氢***处于温度流量双扰动状态，则执行温度外环控制过程，根据所述电解槽温度和所述温度设定值得到第一目标流量设定值；
判断所述第一目标流量设定值与所述出口流量是否存在偏差；
若是，则执行所述流量内环控制过程，根据所述第一目标流量设定值和所述出口流量调节所述流量控制设备的运行参数；
若否，则不执行所述流量内环控制过程。
可选地，所述温度流量双扰动状态包括：所述电解槽温度不等于所述温度设定值，且所述出口流量不等于所述初始流量设定值。
可选地，所述制氢***的温度控制方法，还包括：若根据所述温度设定值、所述电解槽温度、所述初始流量设定值和所述出口流量判断出所述制氢***处于流量单扰动状态，则执行流量内环控制过程，根据所述初始流量设定值和所述出口流量调节所述流量控制设备的运行参数；
获取调节后的电解槽温度，并判断调节后的电解槽温度与所述温度设定值之间的偏差是否超过偏差阈值；
若是，则执行温度外环控制过程，根据调节后的电解槽温度和所述温度设定值得到第二目标流量设定值；并执行流量内环控制过程，根据所述第二目标流量设定值和所述出口流量调节所述流量控制设备的运行参数；
若否，则继续执行流量内环控制过程，根据所述初始流量设定值和所述出口流量调节所述流量控制设备的运行参数。
可选地，所述流量单扰动状态包括：所述电解槽温度等于所述温度设定值，且所述出口流量不等于所述初始流量设定值。
可选地，采用第一采样频率获取所述出口流量，采用第二采样频率获取所述电解槽温度；
所述第一采样频率大于或等于所述第二采样频率。
可选地，根据所述电解槽温度和所述温度设定值确定目标流量设定值，包括：
根据所述电解槽温度和所述温度设定值确定温度偏差；
根据所述温度偏差，以及温度流量对应关系确定目标流量设定值。
可选地，根据所述目标流量设定值和所述出口流量调节流量控制设备的运行参数，包括：
根据所述出口流量和所述目标流量设定值确定流量偏差；
根据所述流量偏差，以及参数流量对应关系确定所述流量控制设备的运行参数。
可选地，调节流量控制设备的运行参数包括：
调节设置于所述冷却循环泵出口处的调节阀的开度。
第二方面，本发明实施例还提供了一种制氢***的温度控制装置，包括：
数据获取模块，用于获取温度设定值、电解槽温度、初始流量设定值和冷却循环泵的出口流量；
调节模块，用于在根据所述温度设定值、所述电解槽温度、所述初始流量设定值和所述出口流量判断出所述制氢***处于温度单扰动状态时，执行温度外环控制过程和流量内环控制过程；其中，所述温度外环控制过程包括：根据所述电解槽温度和所述温度设定值调节所述初始流量设定值，得到目标流量设定值；所述流量内环控制过程包括：根据所述目标流量设定值和所述出口流量调节流量控制设备的运行参数，以调节所述冷却循环泵的出口流量，进而调节所述电解槽温度。
第三方面，本发明实施例还提供了一种制氢***，包括：电解槽、冷却循环泵、流量控制设备、温度计、流量计和控制设备；所述控制设备分别与所述温度计、所述流量计和所述流量控制设备连接；
所述温度计用于采集电解槽温度；所述流量计用于采集所述冷却循环泵的出口流量；所述控制设备用于执行如本发明任意实施例所提供的制氢***的温度控制方法。
本发明实施例提供的制氢***的温度控制方法中，由温度-流量设定值的温度外环，和流量-流量控制设备运行参数的流量内环构成串级控制。内环与外环的输入输出参数都直接相关，可有效减少由温度-运行参数的多级参数转换过程带来的控制误差，提高控制精度。并且，流量内环可直接根据出口流量的变化来调整流量控制设备的运行参数，针对冷却循环泵的流量变化及时做出反应，内外环的调节和反馈通道均有效缩短，可加快流量控制设备的响应速度，减小温度控制的滞后现象，缩短调节过程，减小被控变量超调量，改善被控对象的动态特性，减小动态偏差。同时，由于流量控制设备的响应速度加快，电解槽温度的超调量减小，可以有效减少温度调节过程的能耗，以及减小由于电解槽温度偏移量过大造成的能耗和电解效率损失。因此，相比于现有技术，本发明实施例可以减小制氢***温度控制的滞后现象，提高制氢***的温度控制精度和电解槽效率。
应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种制氢***的温度控制方法的流程示意图；
图2是本发明实施例提供的一种制氢***的温度控制方法的控制原理示意图；
图3是本发明实施例提供的另一种制氢***的温度控制方法的流程示意图；
图4是本发明实施例提供的一种制氢***的温度控制装置的结构示意图；
图5是本发明实施例提供的一种制氢***的结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
本发明实施例提供了一种制氢***的温度控制方法，可适用于电解水制氢***的温度调节需求，该方法可以由制氢***的温度控制装置来执行，该温度控制装置可以采用硬件和/或软件的形式实现，该控制装置可配置于制氢***的控制柜中。
本实施例中，制氢***可以由现有技术中任一种电解制氢***的结构构成。示例性地，制氢***包括由纯水提供设备、气体分离器、换热器、碱液循环泵和电解槽构成的电解制氢主回路，以及由冷却塔和冷却水循环泵构成的换热器的冷却水提供回路。其中，电解槽附近，例如电解槽出口处，装设温度计，可以检测电解槽温度；冷却水循环泵的出口处装设有流量控制设备和流量计，流量计用于检测冷却水循环泵的出口流量，流量控制设备用于调节冷却水循环泵的出口流量。温度计、流量计、流量控制设备以及制氢***的控制设备构成制氢***的控制回路，用于实现制氢***的温度控制方法。
图1是本发明实施例提供的一种制氢***的温度控制方法的流程示意图。如图1所示，该制氢***的温度控制方法包括以下步骤：
S110、获取温度设定值、电解槽温度、初始流量设定值和冷却循环泵的出口流量。
其中，温度设定值为电解槽温度调节的目标值，一般情况下是电解槽工作所需的最佳温度。温度设定值可由工作人员给定，也可由制氢***中的控制设备根据制氢***的运行工况设定。示例性地，温度设定值可以是90℃。电解槽温度可以是电解槽进口或出口处的温度。初始流量设定值是根据温度设定值初步确定的流量设定值；出口流量即冷却循环泵输出的冷却液的流量，决定着换热器的冷却速度。从气体分离器流出的碱液经换热器冷却后传输至电解槽，因此通过控制冷却循环泵的出口流量可以间接控制电解槽温度。
S120、若根据温度设定值、电解槽温度、初始流量设定值和出口流量判断出制氢***处于温度单扰动状态，则执行温度外环控制过程和流量内环控制过程；其中，温度外环控制过程包括：根据电解槽温度和温度设定值调节初始流量设定值，得到目标流量设定值；流量内环控制过程包括：根据目标流量设定值和出口流量调节流量控制设备的运行参数，以调节冷却循环泵的出口流量，进而调节电解槽温度。
其中，能够引起电解槽温度变化的扰动因素可归结为温度扰动和流量扰动两类。温度扰动可由制氢***的工作环境等的变动引起，是影响电解槽温度的直接因素。流量扰动可由冷却水循环泵的工作功率或频率等的扰动引起，冷却水流量的变化影响着换热器的工作状态，从而影响循环至电解槽的碱液温度，进而影响电解槽温度，流量扰动可作为影响电解槽温度的间接因素。
温度单扰动状态是指：相对于平衡状态，制氢***中仅出现了温度扰动，即，制氢***自电解槽温度等于温度设定值，且出口流量等于初始流量设定值的状态，变化为电解槽温度不等于温度设定值，而出口流量仍等于初始流量设定值的状态。此时需要根据电解槽温度的变化来调整冷却循环泵的出口流量，以修正电解槽温度，使其回归到温度设定值附近。
具体地，温度外环控制过程和流量内环控制过程构成串级控制，流量内环调节所依据的流量设定值由温度外环提供。这样，相对于现有技术中的温度-流量控制设备运行参数的单环控制，本实施例相当于在控制***中***了一个流量-流量控制设备运行参数的副回路，使温度外环和流量内环串级响应，每级输入输出参数都直接相关，且流量内环可直接根据出口流量的变化来调整流量控制设备的运行参数，从而减少由温度-运行参数的多级参数转换过程带来的控制误差，提高控制精度。并且，本实施例中，外环是温度-流量设定值的转换调节，内环是流量-流量控制设备运行参数的转换调节，各级调节和反馈通道均有效缩短，可加快流量控制设备的响应，避免流量控制设备做出响应时电解槽温度已经大幅度偏离温度设定值的现象，有效缩短调节过程，减小被控变量超调量。示例性地，流量控制设备可以是设置于冷却循环泵出口处的调节阀，或者用于控制碱液流量的调节阀；流量控制设备的运行参数包括：调节阀的开度。
本发明实施例提供的制氢***的温度控制方法中，由温度-流量设定值的温度外环，和流量-流量控制设备运行参数的流量内环构成串级控制。内环与外环的输入输出参数都直接相关，可有效减少由温度-运行参数的多级参数转换过程带来的控制误差，提高控制精度。并且，流量内环可直接根据出口流量的变化来调整流量控制设备的运行参数，针对冷却循环泵的流量变化及时做出反应，内外环的调节和反馈通道均有效缩短，可加快流量控制设备的响应速度，减小温度控制的滞后现象，缩短调节过程，减小被控变量超调量，改善被控对象的动态特性，减小动态偏差。同时，由于流量控制设备的响应速度加快，电解槽温度的超调量减小，可以有效减少温度调节过程的能耗，以及减小由于电解槽温度偏移量过大造成的能耗和电解效率损失。因此，相比于现有技术，本发明实施例可以减小制氢***温度控制的滞后现象，提高制氢***的温度控制精度和电解槽效率。
下面结合图2，对内外环串级控制流程进行具体说明。图2是本发明实施例提供的一种制氢***的温度控制方法的控制原理示意图。参见图2，对于温度外环，r1表示温度设定值、Gc1表示温度控制器的传递函数、c1表示电解槽温度测量值、Hm1表示温度测量变送单元的传递函数、f1表示温度扰动因素、Gf1表示温度扰动计算单元的传递函数、m1表示温度控制器输出的流量设定值，Go1表示温度计算单元的传递函数。温度外环控制过程包括：根据电解槽温度测量值c1，经由温度测量变送单元转换得到电解槽温度数据；根据电解槽温度数据和温度设定值r1确定温度偏差；根据温度偏差，经由温度控制器的转换确定流量设定值m1，其中温度控制器的传递函数Gc1可表征温度流量对应关系。经由温度计算单元的计算可得到出口流量变化对电解槽温度的具体影响，经由温度扰动计算单元的转换可得到温度扰动因素f1对电解槽温度的具体影响。但此处需要说明的是，温度扰动因素f1的引入只是为了说明电解槽温度的变化原因既包括冷却循环泵出口流量的变化，也包括其他温度扰动因素的影响。但在实际控制过程中，并不需要区分引起电解槽温度变化的原因，只要当前电解槽温度数据相对于温度设定值r1存在差别，就需要执行温度调节过程。因此，控制过程中并不需要采集温度扰动因素f1，也不需要计算温度扰动因素f1所造成的电解槽温度变化的具体值。
对于流量内环，m1表示温度控制器输出的流量设定值、Gc2表示流量控制器的传递函数、c2表示出口流量测量值、Hm2表示流量测量变送单元的传递函数、f2表示流量扰动因素、Gf2表示流量扰动计算单元的传递函数、m2表示流量控制器输出的流量控制设备的运行参数、Gv表示流量控制设备的传递函数，Go2表示流量计算单元的传递函数。流量内环控制过程包括：根据出口流量测量值c2，经由温度测量变送单元的转换得到出口流量数据；根据出口流量数据和流量设定值m1确定流量偏差；根据流量偏差，经由流量控制器的转换确定流量控制设备的运行参数m2，其中流量控制器的传递函数Gc2可表征参数流量对应关系。流量控制设备根据运行参数改变工作状态后，通过流量计算单元可计算出调节后的出口流量；经由流量扰动计算单元的转换可得到流量扰动因素f2对出口流量的具体影响。流量控制设备的调节作用和流量扰动因素f2的扰动作用共同作用于冷却循环泵的出口流量。此处同样需要说明的是，流量扰动因素f2的引入只是为了说明冷却循环泵出口流量的变化原因，在实际控制过程中，并不需要区分引起出口流量变化的具体原因，只要当前出口流量数据相对于当前流量设定值m1存在差别，就需要执行流量调节过程。因此，控制过程中并不需要采集流量扰动因素f2，也不需要计算流量扰动因素f2所造成的出口流量变化的具体值。
在上述各实施方式的基础上，可选地，针对流量内环控制过程，可采用第一采样频率获取出口流量并进行流量控制设备的调节；针对温度外环控制过程，可采用第二采样频率获取电解槽温度并进行流量设定值的更新。其中，第一采样频率可以等于第二采样频率，以使串级控制过程的内外环调节实时同步进行。或者，第一采样频率也可以大于第二采样频率，即，在每个温度采样区间，流量内环控制过程都循环多次；这样，针对每个目标流量设定值，流量内环都经过多次反馈调节，可以使每个温度采样区间中冷却循环泵的出口流量都被调节至更接近目标流量设定值，以保证调节效果，同时降低功耗。
下面，结合一具体实施例，对制氢***的温度控制过程进行具体说明。图3是本发明实施例提供的另一种制氢***的温度控制方法的流程示意图。
参见图3，该制氢***的温度控制方法包括以下步骤：
S210、获取温度设定值、电解槽温度、初始流量设定值和冷却循环泵的出口流量。
其中，电解槽温度可以为电解槽出口温度。
S220、判断制氢***的扰动状态；若制氢***处于温度单扰动状态，则执行S230；若制氢***处于温度流量双扰动状态，则执行S240-S270；若制氢***处于流量单扰动状态，则执行S280-S2B0。
具体地，制氢***的扰动状态根据温度设定值、电解槽温度、初始流量设定值和出口流量共同判断。若电解槽温度不等于温度设定值，且出口流量等于初始流量设定值，则制氢***处于温度单扰动状态；若电解槽温度不等于温度设定值，且出口流量不等于初始流量设定值，则制氢***处于温度流量双扰动状态；若流量单扰动状态包括：电解槽温度等于温度设定值，且出口流量不等于初始流量设定值，则制氢***处于流量单扰动状态。
S230、执行温度外环控制过程和流量内环控制过程。
温度单扰动状态对应于温度干扰因素作用于温度控制外环的情况。当电解槽出口温度发生变化，但冷却循环泵出口流量未发生变化时，温度控制器根据电解槽出口温度变化来改变流量内环的流量设定值，流量控制器根据调整后的流量设定值产生校正作用，改变设置于冷却循环泵出口处的调节阀的开度，使电解槽出口温度返回温度设定值。
S240、执行温度外环控制过程，根据电解槽温度和温度设定值得到第一目标流量设定值。
温度流量双扰动状态对应于温度干扰因素和流量干扰因素同时作用于制氢***的情况。那么，当温度干扰因素和流量干扰因素使得电解槽温度往同一方向变化时，流量内环中计算出的流量偏差显著增加，因此流量内环的输出也将发生较大变化，以迅速克服干扰。示例性地，流量干扰因素使出口流量降低，会造成电解槽温度升高；此时出口流量测量值降低，出口流量小于上一采样时刻的流量设定值。同时，温度干扰因素使得电解槽出口温度升高，那么电解槽出口温度测量值升高，电解槽出口温度大于温度设定值，这使得温度外环输出的流量设定值增加，以促使冷却循环泵的出口流量增加，提升换热器降温效果，使电解槽温度回落。因此，当前出口流量降低，当前流量设定值(即第一目标流量设定值)增加，使得当前流量偏差相比于仅通过流量内环或仅通过温度外环控制时，都显著增加，从而使得对调节阀开度的调节量增加，能够使电解槽温度尽快回复至温度设定值。
而当温度干扰因素和流量干扰因素使得电解槽温度往不同方向变化时，流量内环中计算出的流量偏差将减小，因此流量内环通过较小输出就能够克服干扰，可以有效降低温控能耗。而当第一目标流量设定值与出口流量相等时，表征两类扰动因素造成的偏差可互相抵消，此时流量内环无需改变调节阀的开度。
S250、判断第一目标流量设定值与出口流量是否存在偏差；若是，则执行S260；若否，则执行S270。
S260、执行流量内环控制过程，根据第一目标流量设定值和出口流量调节流量控制设备的运行参数。
S270、不执行流量内环控制过程。
S280、执行流量内环控制过程，根据初始流量设定值和出口流量调节流量控制设备的运行参数。
流量单扰动状态即流量干扰因素作用于流量内环的情况。当循环冷却液管道流量变化时，流量内环立即做出反应进行调节。如果干扰较小，经流量内环调节后，电解槽出口温度基本不变，可不启用温度外环控制。如果干扰较大，使得电解槽出口温度相较于温度设定值的偏差超过偏差阈值，则启用温度外环控制，流量内环受到流量给定值与出口流量测量值两方面的作用，计算出的流量偏差增加，校正作用加强，调节过程加快。
S290、判断调节后的电解槽温度与温度设定值之间的偏差是否超过偏差阈值；若是，则执行S2A0-S2B0；若否，则返回执行S280直至调节后的出口流量等于初始流量设定值。
S2A0、执行温度外环控制过程，根据调节后的电解槽温度和温度设定值得到第二目标流量设定值。
S2B0、执行流量内环控制过程，根据第二目标流量设定值和出口流量调节流量控制设备的运行参数。
本实施例通过S210-S2B0实现了制氢***的温度控制过程，将温度外环与流量内环的串级控制应用于基于循环冷却液流量的温度调节过程，可以针对流量扰动迅速做出反应，以及加快对于温度扰动的调节进程。因此，本控制方案能够迅速应对***内温度变化及流量变化产生的干扰，优化温度控制方案，减小电解槽出口温度控制的滞后现象，并提高温度调节精度，以及降低制氢***能耗。
本发明实施例还提供了一种制氢***的温度控制装置，用于执行本发明任意实施例所提供的制氢***的温度控制方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。图4是本发明实施例提供的一种制氢***的温度控制装置的结构示意图。参见图4，该制氢***的温度控制装置包括：数据获取模块110和调节模块120。
其中，数据获取模块110用于获取温度设定值、电解槽温度、初始流量设定值和冷却循环泵的出口流量。调节模块120用于在根据温度设定值、电解槽温度、初始流量设定值和出口流量判断出制氢***处于温度单扰动状态时，执行温度外环控制过程和流量内环控制过程；其中，温度外环控制过程包括：根据电解槽温度和温度设定值调节初始流量设定值，得到目标流量设定值；流量内环控制过程包括：根据目标流量设定值和出口流量调节流量控制设备的运行参数，以调节冷却循环泵的出口流量，进而调节电解槽温度。
在上述各实施方式的基础上，可选地，调节模块120还用于在根据温度设定值、电解槽温度、初始流量设定值和出口流量判断出制氢***处于温度流量双扰动状态时，执行温度外环控制过程，根据电解槽温度和温度设定值得到第一目标流量设定值；判断第一目标流量设定值与出口流量是否存在偏差；若是，则执行流量内环控制过程，根据第一目标流量设定值和出口流量调节流量控制设备的运行参数；若否，则不执行流量内环控制过程。
在上述各实施方式的基础上，可选地，调节模块120还用于在根据温度设定值、电解槽温度、初始流量设定值和出口流量判断出制氢***处于流量单扰动状态时，执行流量内环控制过程，根据初始流量设定值和出口流量调节流量控制设备的运行参数；获取调节后的电解槽温度，并判断调节后的电解槽温度与温度设定值之间的偏差是否超过偏差阈值；若是，则执行温度外环控制过程，根据调节后的电解槽温度和温度设定值得到第二目标流量设定值；并执行流量内环控制过程，根据第二目标流量设定值和出口流量调节流量控制设备的运行参数；若否，则继续执行流量内环控制过程，根据初始流量设定值和出口流量调节流量控制设备的运行参数。
在上述各实施方式的基础上，可选地，调节模块120具体包括：第一加法器，用于根据电解槽温度和温度设定值确定温度偏差；温度控制器，用于根据温度偏差，以及温度流量对应关系确定目标流量设定值；第二加法器，用于根据出口流量和目标流量设定值确定流量偏差；流量控制器，用于根据流量偏差，以及参数流量对应关系确定流量控制设备的运行参数。
本发明实施例还提供了一种制氢***，包括本发明任意实施例所提供的制氢***的温度控制装置，用于实现本发明任意实施例所提供的制氢***的温度控制方法，具有相应的有益效果。图5是本发明实施例提供的一种制氢***的结构示意图。参见图5，该制氢***包括：电解槽280、冷却循环泵320、流量控制设备、温度计TE、流量计FE和控制设备(图中未示出)；控制设备分别与温度计TE、流量计FE和流量控制设备连接。其中，温度计TE用于采集电解槽温度；流量计FE用于采集冷却循环泵320的出口流量；流量控制设备可以是调节阀TV；制氢***的温度控制装置可集成于控制设备中，用于执行制氢***的温度控制方法。示例性地，控制设备可以是制氢***中的控制柜。
具体地，参见图5，该制氢***包括电解主回路和冷却液循环回路。电解主回路由依次连接的水纯化设备210、纯水罐220、纯水泵230、气体分离器、换热器260、碱液循环泵270和电解槽280构成。其中，气体分离器分为氢气分离器240和氧气分离器250，二者底部连通。在电解主回路中，电解槽280内发生水电解反应，生成氢气和氧气；产物气体被循环的液体带出电解槽，进入气体分离器；在气体分离器内，产物气体与碱液分离，气体从分离器上方离开电解***，被后续环节利用或存储；碱液通过换热器260和碱液循环泵270后回流进入电解槽280；水纯化设备210、纯水罐220和纯水泵230用于实时向电解槽280补充反应需要的纯水。
冷却液循环回路包括依次连接的冷却塔310、冷却循环泵320和换热器260。在冷却液循环回路中，冷却塔310对液体进行冷却，冷却液经冷却循环泵320提供给换热器260，用于给换热器260内部的碱液降温；降温后，碱液回流至电解槽280，冷却液回流至冷却塔310。对于换热器260，当调节阀TV的开度增加时，冷却水流量增加，使换热器260对碱液的降温效应提升；反之，当调节阀TV的开度减小时，冷却水流量降低，使换热器260对碱液的降温效应降低。
应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发明中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本发明的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。
上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。
Claims (12)
1.一种制氢***的温度控制方法，其特征在于，包括：
获取温度设定值、电解槽温度、初始流量设定值和冷却循环泵的出口流量；
若根据所述温度设定值、所述电解槽温度、所述初始流量设定值和所述出口流量判断出所述制氢***处于温度单扰动状态，则执行温度外环控制过程和流量内环控制过程；
其中，所述温度外环控制过程包括：根据所述电解槽温度和所述温度设定值调节所述初始流量设定值，得到目标流量设定值；所述流量内环控制过程包括：根据所述目标流量设定值和所述出口流量调节流量控制设备的运行参数，以调节所述冷却循环泵的出口流量，进而调节所述电解槽温度。
2.根据权利要求1所述的制氢***的温度控制方法，其特征在于，所述温度单扰动状态包括：所述电解槽温度不等于所述温度设定值，且所述出口流量等于所述初始流量设定值。
3.根据权利要求1所述的制氢***的温度控制方法，其特征在于，还包括：若根据所述温度设定值、所述电解槽温度、所述初始流量设定值和所述出口流量判断出所述制氢***处于温度流量双扰动状态，则执行温度外环控制过程，根据所述电解槽温度和所述温度设定值得到第一目标流量设定值；
判断所述第一目标流量设定值与所述出口流量是否存在偏差；
若是，则执行所述流量内环控制过程，根据所述第一目标流量设定值和所述出口流量调节所述流量控制设备的运行参数；
若否，则不执行所述流量内环控制过程。
4.根据权利要求3所述的制氢***的温度控制方法，其特征在于，所述温度流量双扰动状态包括：所述电解槽温度不等于所述温度设定值，且所述出口流量不等于所述初始流量设定值。
5.根据权利要求1所述的制氢***的温度控制方法，其特征在于，还包括：若根据所述温度设定值、所述电解槽温度、所述初始流量设定值和所述出口流量判断出所述制氢***处于流量单扰动状态，则执行流量内环控制过程，根据所述初始流量设定值和所述出口流量调节所述流量控制设备的运行参数；
获取调节后的电解槽温度，并判断调节后的电解槽温度与所述温度设定值之间的偏差是否超过偏差阈值；
若是，则执行温度外环控制过程，根据调节后的电解槽温度和所述温度设定值得到第二目标流量设定值；并执行流量内环控制过程，根据所述第二目标流量设定值和所述出口流量调节所述流量控制设备的运行参数；
若否，则继续执行流量内环控制过程，根据所述初始流量设定值和所述出口流量调节所述流量控制设备的运行参数。
6.根据权利要求5所述的制氢***的温度控制方法，其特征在于，所述流量单扰动状态包括：所述电解槽温度等于所述温度设定值，且所述出口流量不等于所述初始流量设定值。
7.根据权利要求1所述的制氢***的温度控制方法，其特征在于，采用第一采样频率获取所述出口流量，采用第二采样频率获取所述电解槽温度；
所述第一采样频率大于或等于所述第二采样频率。
8.根据权利要求1所述的制氢***的温度控制方法，其特征在于，根据所述电解槽温度和所述温度设定值确定目标流量设定值，包括：
根据所述电解槽温度和所述温度设定值确定温度偏差；
根据所述温度偏差，以及温度流量对应关系确定目标流量设定值。
9.根据权利要求1所述的制氢***的温度控制方法，其特征在于，根据所述目标流量设定值和所述出口流量调节流量控制设备的运行参数，包括：
根据所述出口流量和所述目标流量设定值确定流量偏差；
根据所述流量偏差，以及参数流量对应关系确定所述流量控制设备的运行参数。
10.根据权利要求1所述的制氢***的温度控制方法，其特征在于，调节流量控制设备的运行参数包括：
调节设置于所述冷却循环泵出口处的调节阀的开度。
11.一种制氢***的温度控制装置，其特征在于，包括：
数据获取模块，用于获取温度设定值、电解槽温度、初始流量设定值和冷却循环泵的出口流量；
调节模块，用于在根据所述温度设定值、所述电解槽温度、所述初始流量设定值和所述出口流量判断出所述制氢***处于温度单扰动状态时，执行温度外环控制过程和流量内环控制过程；其中，所述温度外环控制过程包括：根据所述电解槽温度和所述温度设定值调节所述初始流量设定值，得到目标流量设定值；所述流量内环控制过程包括：根据所述目标流量设定值和所述出口流量调节流量控制设备的运行参数，以调节所述冷却循环泵的出口流量，进而调节所述电解槽温度。
12.一种制氢***，其特征在于，包括：电解槽、冷却循环泵、流量控制设备、温度计、流量计和控制设备；所述控制设备分别与所述温度计、所述流量计和所述流量控制设备连接；
所述温度计用于采集电解槽温度；所述流量计用于采集所述冷却循环泵的出口流量；所述控制设备用于执行如权利要求1-10中任一项所述的制氢***的温度控制方法。
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Citations (4)
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|---|---|---|---|---|
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| WO2021196564A1 (zh) * | 2020-04-03 | 2021-10-07 | 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 | 一种宽功率电解水制氢***及方法 |
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