[发明专利]一种固定式发电用燃料电池机组控制系统及控制方法

说明书

本发明公开了一种固定式发电用燃料电池机组控制系统及控制方法，控制系统的供电单元分别与氢气供给单元、空气供给单元、水循环单元连接，控制中心分别与氢气供给单元、空气供给单元、水循环单元、供电单元连接并获取各个单元的运行数据，并基于历史运行数据训练控制中心内置的深度学习模型，提取周期类负载变化的规律特征用于预测后续负载的预期值，在变载需求到达之前，预下达控制指令使上述四个单元中的各设备提前适配对应负载需求。本发明通过深度学习模型实现控制中心对具有规律性的负荷变化的预测能力，缩短系统由于负载变化产生的各设备运行状态调整时间，提升系统运行效率与有效寿命，最大限度保障氢燃料电池时刻处于稳定适宜的运行环境。

技术领域

本发明涉及能源动力技术领域，具体涉及一种固定式发电用燃料电池机组控制系统及控制方法。

背景技术

燃料电池系统是以氢气为燃料供给的新型发电技术，具有高能量效率、响应速度快、结构紧凑、无污染、无噪音等优势。燃料电池技术已广泛应用于交通运输等领域并展现其独有的优势，同时也可应用于发电或备用电站、基站等固定设施，用于传统化石能源电站替代或孤网能源供给。

燃料电池技术可通过氢电转化发出直流电，与传统发电系统相比，氢燃料电池系统结构紧凑、效率高等诸多优势，但是电堆对运行条件较为敏感，气水管路供应不足将引起电堆性能损伤，供应过量又将导致运行效率的下降，因此必须维持运行期间的氢、氧、水等稳定合理供应，才能确保系统效率与设备安全。应用于发电侧的燃料电池系统通常伴随有变载需求，需通过调节系统各运行参数以改变系统输出功率。然而由于水泵、风机等部件控制的工质传输速率与传热速率远慢于电化学反应，因此当依照变载信号即时控制系统各辅机动作时，将出现参数变化滞后现象，引起系统效率降低与设备性能衰减。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中燃料电池系统效率低与设备性能易衰减的缺陷，与车载动力应用相比，固定式发电需求普遍更具有规律性，基于历史运行数值的负荷预测具有良好的前景和可实施性，从而提供一种固定式发电用燃料电池机组控制系统及控制方法，可以缩短负载变化时的系统稳定时间，提高系统运行效率与设备有效寿命。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

第一方面，本发明实施例提供固定式发电用燃料电池机组控制系统，包括：氢气供给单元、空气供给单元、水循环单元、供电单元及控制中心，其中供电单元分别与氢气供给单元、空气供给单元、水循环单元连接，控制中心分别与氢气供给单元、空气供给单元、水循环单元、供电单元连接并获取各个单元的运行数据，并基于历史运行数据训练控制中心内置的深度学习模型，提取周期类负载变化的规律特征，并基于所述规律特征预测后续负载的预期值，并在变载需求到达之前，预下达控制指令使上述四个单元中的各设备提前适配对应负载需求。

在一实施例中，在变载需求到达前，控制中心根据各设备响应特性差异控制分批次先后调整。

在一实施例中，氢气供给单元包括：储氢罐、减压阀、背压阀；

水循环单元包括：换热器、水箱、水泵；

空气供给单元包括：膜加湿器、风机、过滤器；

供电单元包括：DC/AC转换器、氢燃料电池、储能单元；

在运行阶段，氢燃料电池并联储能单元，通过DC/AC转换器向外界供能，减压阀控制储氢罐流向氢燃料电池的氢气量，电堆未利用的氢气流经背压阀后排出；空气经过滤器净化后由风机加压通入膜加湿器来向氢燃料电池供应湿润空气，从氢燃料电池流出的湿润空气为膜加湿器提供加湿来源；高温循环水经过换热器降温后流经水箱后再通过水泵打入氢燃料电池，换热器联通外部水路以持续带走系统产热；控制中心通过发送控制指令统筹调节减压阀、水泵、风机协调工作，保障电堆安全稳定运行，通过水循环对外供给恒温热水。

在一实施例中，当深度学习模型预测的预期负载值与实际负荷变化信号之间存在偏差时，通过控制储能单元即时补充输出偏差值。