本发明涉及一种电解制氢系统及控制方法，尤其涉及一种多组水电解制氢系统及控制方法。
背景技术：
1、水电解制氢是一种通过水电解来制取氢气的方法。其基本原理是在充满电解液的电解槽中通入直流电，水分子在电极上发生电化学反应，分解成氢气和氧气。根据电解槽隔膜材料的不同，水电解技术可以分为碱性水电解(ae)、质子交换膜(pem)水电解以及高温固体氧化物水电解(soec)等，目前商用较广的是碱性水电解、pem水电解逐步推广。
2、单组的水电解制氢单元包括制氢电源、水电解槽、分离纯化装置、补水装置。大规模水电解制氢系统，包含多组水电解制氢单元、水处理装置、压缩控制装置等。
3、可再生能源制氢系统，将是国家战略及市场认可的水电解制氢应用主要方向之一，但在风/光发电具有间歇性和不确定性，制氢设备需要一定程度的适应电源宽波动，制氢规模越大，控制方式越复杂。
4、为解决这一问题，当前主要采用了对制氢设备启停、以及储能系统支撑的方案。一方面储能系统支撑过大造成制氢成本上升，另一方面，因制氢设备启停的时长要超过供电电源宽波动的周期，粗粒度的启停控制不能满足对波动适应的需求，带来稳定风险和浪费。
技术实现思路
1、发明目的：本发明目的是提出一种多组水电解制氢系统及控制方法，以解决可再生能源的波动性与水电解制氢系统响应能力之间的矛盾，提升水电解制氢系统在电源波动的适应能力。
2、技术方案：本发明的制氢系统采用两层控制系统，一层控制系统包括若干单组控制模块，二层控制系统包括参数设定模块、指令接收模块、感知执行模块和多组控制模块，其中，参数设定模块和指令接收模块的输出端均与多组控制模块连接，多组控制模块与感知执行模块互连，感知执行模块与多个单组控制模块连接。
3、所述指令接收模块，接收来自上级调度系统或生产计划系统的调度策略。
4、所述感知执行模块，感知制氢工况状态以及各组水电解制氢单元的运行状态，并将控制指令下发到单组控制模块。
5、所述多组控制模块由多组制氢单元构成统一调度的执行系统，依据来自上级系统的制氢功率控制值，采用ai寻优的方式，判定各单个制氢单元的运行工况和目标功率值。
6、所述单组控制模块，对单组电解槽及分离纯化装置做控制执行，在接受到控制指令后，调控单组用电功率pa，并对相应的实时数据进行pid调节，以安全生产为最高优先级，氢中氧含量最低为第二目标，产氢流量最大为第三目标，实现单组控制。
7、一种多组水电解制氢系统的控制方法，包括：获取来自生产调度、计划的调度目标或预设目标；采集各单元、设备运行数据；对比控制指令与当前系统状态的偏差；按照减少启停动作的原则，计算各制氢单元/设备的控制参数，并下发到各单组控制模块，整合以上的单元/设备运行状态清单，选择可控制氢单元，依据清单以及调度指令中制氢电源目标总功率，计算各单元目标功率；单组控制模块遵循接收的控制参数，控制各单元的设备及执行机构动作。
8、所述获取来自生产调度、计划的调度目标或预设目标，具体为：判断是否接收到来自外部系统提供的周期性的调度目标；如果接收到来自外部系统提供的调度目标，设定其中计算得出的制氢用电功率为pzt；如果未接收到来自外部系统提供的调度目标，按预设定的制氢用电功率的周期性趋势变化数据，选取相应t+1时刻的值为pzt。.
9、所述对比控制指令与当前系统状态的偏差，具体包括：
10、当设备状态偏差的设备额定功率等于或大于总制氢额定功率a％时，不执行调度系统的调度策略，并报警反馈上级系统；当设备状态偏差的设备额定功率低于总制氢额定功率的a％时，仍可执行调度系统的调度策略；
11、目标设备状态与真实基线对比，判断出新增可控单元、关停单元，标注此类单元的启动、停运标识，修正集合ia{i1,a1；i2,a2…}带入下一步进行功率分配。
12、所述各单元目标功率的计算原则为：
13、如有冷备单元、停车单元优先执行；
14、设ci为各单元在一个周期内允许可调节的功率变化量，制氢系统总可控功率当c≥|pzt–pzr|时，可控制氢单元可以承载下个周期的制氢功率变化，取pzt+1＝pzt；当c<|pzt–pzr|，可控制氢单元不可以承载下个周期的制氢功率变化，超出部分功率反馈给电力控制系统、能源管理系统或储能控制系统进行消纳或临时存储，取pzt+1＝pzr±c；
15、依据pzt+1，以及各单元当前状态、制氢单元状态变化特性，拟合各单元的最优功率分配；
16、依据水电解制氢的功率p与温度变化t的变化机理计算模型，检验各单元的温度变化t是否超过阈值，如超过阈值，策略失败，重新寻优；未超过阈值，表示策略可执行。
17、所述拟合各单元的最优功率分配中的边界条件为：
18、下一周期的总目标值大于或等于集合ia中的设备目标功率之和，即：
19、
20、单组制氢单元从t到t+1时刻的功率变化量的绝对值，不能超过单组额定功率的ci；
21、单组制氢单元的启停次数最少原则：当pzr<pzt时，优先补充运行中的单元功率，再考虑启动待机的单元；当pzr>pzt时，优先同比例下降运行中的单元功率，再考虑运行中的单元停机。
22、有益效果：本发明具有以下优点：
23、(1)基于多组制氢单元的功率寻优技术，在制氢总用电功率的波动不超过可控范围、单组制氢单元功率波动不超过设备承受极限、单元/设备启停次数最少等多目标条件约束下，运用因果森林+机器学习算法，计算出多组制氢单元的联合调度目标以及单组自适应目标；根据系统规模合理提升控制频次，采用提前调节的控制方案，提升水电解制氢的功率波动适应能力；在可再生能源制氢的场景中，制氢单元的稳定性得到较大的提升；
24、(2)采用“物联网+ai策略寻优”的技术手段，通过提前分析调度，提高了制氢单元的电源波动自适应能力，进而实现了“制氢用电优先，储能电池调节超出部分”的可再生能源分配及技术，减少了可再生能源制氢对储能电池的依赖，提高储能电池的使用寿命，降低系统整体成本。
1.一种多组水电解制氢系统，其特征在于，该制氢系统采用两层控制系统，一层控制系统包括若干单组控制模块，二层控制系统包括参数设定模块、指令接收模块、感知执行模块和多组控制模块，其中，参数设定模块和指令接收模块的输出端均与多组控制模块连接，多组控制模块与感知执行模块互连，感知执行模块与多个单组控制模块连接。
2.根据权利要求1所述的一种多组水电解制氢系统，其特征在于，所述指令接收模块，接收来自上级调度系统或生产计划系统的调度策略。
3.根据权利要求1所述的一种多组水电解制氢系统，其特征在于，所述感知执行模块，感知制氢工况状态以及各组水电解制氢单元的运行状态，并将控制指令下发到单组控制模块。
4.根据权利要求3所述的一种多组水电解制氢系统，其特征在于，所述多组控制模块由多组制氢单元构成统一调度的执行系统，依据来自上级系统的制氢功率控制值，采用ai寻优的方式，判定各单个制氢单元的运行工况和目标功率值。
5.根据权利要求3所述的一种多组水电解制氢系统，其特征在于，所述单组控制模块在接受到控制指令后，调控单组用电功率pa，并对相应的实时数据进行pid调节，以安全生产为最高优先级，氢中氧含量最低为第二目标，产氢流量最大为第三目标，实现单组控制。
6.一种多组水电解制氢系统的控制方法，其特征在于，包括：获取来自生产调度、计划的调度目标或预设目标；采集各单元、设备运行数据；对比控制指令与当前系统状态的偏差；按照减少启停动作的原则，计算各制氢单元/设备的控制参数，并下发到各单组控制模块，整合以上的单元/设备运行状态清单，选择可控制氢单元，依据清单以及调度指令中制氢电源目标总功率，计算各单元目标功率；单组控制模块遵循接收的控制参数，控制各单元的设备及执行机构动作。
7.根据权利要求6所述的一种多组水电解制氢系统的控制方法，其特征在于，所述获取来自生产调度、计划的调度目标或预设目标，具体为：判断是否接收到来自外部系统提供的周期性的调度目标；如果接收到来自外部系统提供的调度目标，设定其中计算得出的制氢用电功率为pzt；如果未接收到来自外部系统提供的调度目标，按预设定的制氢用电功率的周期性趋势变化数据，选取相应t+1时刻的值为pzt。
8.根据权利要求6所述的一种多组水电解制氢系统的控制方法，其特征在于，所述对比控制指令与当前系统状态的偏差，具体包括：
9.根据权利要求7所述的一种多组水电解制氢系统的控制方法，其特征在于，所述各单元目标功率的计算原则为：
10.根据权利要求9所述的一种多组水电解制氢系统的控制方法，其特征在于，所述拟合各单元的最优功率分配中的边界条件为：
