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龍圖騰網(wǎng)恭喜上海交通大學(xué);國(guó)網(wǎng)內(nèi)蒙古東部電力綜合能源服務(wù)有限公司;中國(guó)科學(xué)院電工研究所;國(guó)電南瑞科技股份有限公司申請(qǐng)的專利電制氫余熱回收供熱系統(tǒng)建模方法及其多速率仿真方法獲國(guó)家發(fā)明授權(quán)專利權(quán)，本發(fā)明授權(quán)專利權(quán)由國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局授予，授權(quán)公告號(hào)為：CN119380831B 。

龍圖騰網(wǎng)通過國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局官網(wǎng)在2025-05-23發(fā)布的發(fā)明授權(quán)授權(quán)公告中獲悉：該發(fā)明授權(quán)的專利申請(qǐng)?zhí)?專利號(hào)為：202311036727.0，技術(shù)領(lǐng)域涉及：G16C20/10；該發(fā)明授權(quán)電制氫余熱回收供熱系統(tǒng)建模方法及其多速率仿真方法是由韓鵬飛;徐瀟源;莊瑩;裴瑋;單吉才;姚強(qiáng);唐成虹;嚴(yán)正;王晗;譚振飛;王夢(mèng)圓設(shè)計(jì)研發(fā)完成，并于2023-08-17向國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局提交的專利申請(qǐng)。

本電制氫余熱回收供熱系統(tǒng)建模方法及其多速率仿真方法在說明書摘要公布了：本發(fā)明公開了電制氫余熱回收供熱系統(tǒng)建模方法及其多速率仿真方法，涉及綜合能源系統(tǒng)領(lǐng)域，本發(fā)明考慮了電制氫系統(tǒng)過程中熱量的回收利用，通過換熱器將電制氫產(chǎn)生的熱量回收到供熱網(wǎng)絡(luò)中，以提升能源利用效率。構(gòu)建了包含風(fēng)電?氫氣和供熱系統(tǒng)的電熱綜合能源系統(tǒng)時(shí)域耦合動(dòng)力學(xué)模型，提出了電制氫余熱回收供熱系統(tǒng)多速率仿真方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電制氫余熱回收供熱系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過程的高效準(zhǔn)確地仿真模擬。

本發(fā)明授權(quán)電制氫余熱回收供熱系統(tǒng)建模方法及其多速率仿真方法在權(quán)利要求書中公布了：1.電制氫余熱回收供熱系統(tǒng)建模方法，其特征在于，包括如下步驟：①構(gòu)建可再生能源電解制氫余熱回收與供熱網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)運(yùn)行模式：風(fēng)電制氫系統(tǒng)中電解液與熱力系統(tǒng)回水通過液-液式換熱器進(jìn)行熱交換，其中換熱器高溫側(cè)與電解液循環(huán)散熱系統(tǒng)相連，換熱器低溫側(cè)與熱力系統(tǒng)回水管道相連，經(jīng)熱力系統(tǒng)回水冷卻后的電解液回流到電解槽中，而被加熱后的熱力回水流入到電鍋爐中繼續(xù)加熱，以達(dá)到負(fù)荷熱力系統(tǒng)要求的給水溫度；②所述可再生能源電解制氫余熱回收與供熱網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)運(yùn)行模式的實(shí)現(xiàn)依賴于對(duì)熱力系統(tǒng)、電力系統(tǒng)中設(shè)備的動(dòng)態(tài)建模，其中熱力系統(tǒng)包含熱源、熱力管道、熱力網(wǎng)絡(luò)、熱力負(fù)載，電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)建模包含電力電子換流器模型、質(zhì)子交換膜電解槽模型；第一步，構(gòu)建熱源模型如下所示： 其中，Cwa為水的比熱容，Mb，Tb，Pb分別為電鍋爐內(nèi)的水的質(zhì)量、溫度、加熱功率，t為時(shí)間，mo為電鍋爐輸出熱水的質(zhì)量流量，Tre為電鍋爐回水的質(zhì)量流量；第二步，構(gòu)建熱力管道模型如下所示： 其中，和miout分別為第i個(gè)時(shí)段的流入和流出質(zhì)量流量；Ttout是管道出口的加權(quán)平均溫度；ρ為水的密度；S和L分別為管道的截面積和長(zhǎng)度；Δt為流體分段所采用的時(shí)間間隔；Π為輸出標(biāo)識(shí)，當(dāng)熱水流出管道時(shí)取值為1，否則為0；為第i個(gè)分段的流出溫度，αi為第i段流體的質(zhì)量占的比例；γt和φt分別表示第t時(shí)段流出管道的流體段中包含的最小和最大段編號(hào)；Π，αi以及φt的計(jì)算如下所示： 其中，Tenv為環(huán)境溫度；κ為管道的散熱系數(shù)；mφtin為編號(hào)為φt的流體段進(jìn)入管道時(shí)的流速；第三步，構(gòu)建熱力網(wǎng)絡(luò)模型，熱力網(wǎng)絡(luò)包含供水網(wǎng)絡(luò)和回水網(wǎng)絡(luò)兩部分，采用有向圖G＝V,E表示供熱網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其中V是節(jié)點(diǎn)集合，E是支路集合，采用Ω+和Ω-v分別表示與節(jié)點(diǎn)v相連的流出和流入支路，供水網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)支路關(guān)聯(lián)矩陣As+＝a+ve|V|×|E|和As-＝a-ve|V|×|E|表示如下： 其中，a+ve和a-ve分別為矩陣As+和As-中的元素，由于供水網(wǎng)絡(luò)和回水網(wǎng)絡(luò)的支路結(jié)構(gòu)對(duì)稱，回水網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)支路關(guān)聯(lián)矩陣表示為：Ar+＝As-,Ar-＝As+此外，采用系數(shù)矩陣Ds1、Ds2、Dr1、Dr2描述供熱網(wǎng)絡(luò)中的熱功率分布： 其中，Ds1為給水支路功率占流入節(jié)點(diǎn)比例的對(duì)角陣；Ds2為熱負(fù)荷功率占與之相連的節(jié)點(diǎn)的功率占比對(duì)角矩陣；Dr1為回水支路功率占流入節(jié)點(diǎn)熱功率的比例對(duì)角陣；Dr2為回水節(jié)點(diǎn)占熱源功率的比例的對(duì)角陣；me為支路e的流量；mdv為與節(jié)點(diǎn)v相連的熱負(fù)荷流量；mgv為與節(jié)點(diǎn)v相連的熱源流量；|E|和|V|分別為集合E和V中元素的個(gè)數(shù)；結(jié)合前述熱力管道模型與供熱網(wǎng)絡(luò)功率分配模型，得到供熱網(wǎng)絡(luò)中給水和回水網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)模型，如下所示： 其中，表示給水網(wǎng)絡(luò)中支路熱功率向量；Ptr,e表示回水網(wǎng)絡(luò)中支路熱功率向量；K為管道熱損失矩陣；τe表示熱水在管道e中的傳輸時(shí)間；和分別表示供水和回水網(wǎng)絡(luò)中的負(fù)荷功率向量，表示供熱網(wǎng)絡(luò)中熱源的功率向量；Penv為流體溫度為環(huán)境溫度時(shí)的熱功率向量；第四步，構(gòu)建熱負(fù)荷模型：PL＝CwamLΔTL其中，PL為熱力負(fù)荷功率，mL為熱負(fù)荷的質(zhì)量流量；ΔTL為負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的給水與回水溫差；第五步，構(gòu)建電力電子換流器模型，如下所示：vχ＝ssinωt+φ0-n·2π3,χ∈{a,b,c},n∈{0,1,2}Vχ＝0.5VdcvχPac＝IaVa+IbVb+IcVcIdc＝PacVdc 其中，vχ表示三相交流標(biāo)幺化電壓；Vχ表示換流器交流側(cè)三相交流電壓；Vdc表示直流側(cè)電壓；Pac為交流側(cè)功率；Idc為直流側(cè)電流；Ia，Ib，Ic及Va，Vb，Vc分別為a、b、c三相電流及電壓；s表示調(diào)制度，sd和sq為d軸和q軸調(diào)制度；ω為交流電壓角頻率；為交流電壓初始相角；χ為a、b、c三相集合；n表示a、b、c三相電壓相角偏置程度；第六步，構(gòu)建質(zhì)子交換膜電解槽電化學(xué)模型，如下所示：Vcell＝Vocv+Vact+Vohm 其中，Vcell，Vact，Vocv，Vohm分別為電解小室電壓、活化過電勢(shì)、開路電壓、歐姆過電勢(shì)；V0為電解小室的開路電壓；R為理想氣體常數(shù)；Tcell為電解小室的溫度；aH2，aO2，aH2O分別為氫氣、氧氣、水的活度，aH2O＝1；F為法拉第常數(shù)；z為電解制氫過程的電子轉(zhuǎn)移數(shù)；aa和ac分別為電解小室陽(yáng)極和陰極的轉(zhuǎn)移電荷系數(shù)；Ta和Tc為電解小室陽(yáng)極和陰極的溫度；j表示電解電流密度；j0,a和j0,c分別為電解小室陽(yáng)極和陰極的交換電流密度在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的取值；λ為質(zhì)子交換膜的含水量；δm為質(zhì)子交換膜的厚度；第七步，構(gòu)建通過換熱器余熱回收的電解槽熱力模型，首先得到電解制氫產(chǎn)熱功率： 其中，Pheat、PE、PH2分別為電解產(chǎn)熱功率、電解總功率、有效轉(zhuǎn)化為氫氣的功率；在電解制氫余熱回收模式下，構(gòu)建電解槽熱力動(dòng)態(tài)平衡模型：CwaN1N2McellTcell＝CwaN1N2McellT0+Cwa∫mwaTin,cell-mwaTcelldt+∫Pheat-Pexdt其中，N1、N2分別為電解槽的并聯(lián)組數(shù)及每組串聯(lián)的電解小室個(gè)數(shù)；Mcell為電解小室內(nèi)電解液的質(zhì)量；T0為電解槽的初始溫度；Tin,cell為進(jìn)入電解小室的電解液的溫度；mwa為電解小室內(nèi)電解液的質(zhì)量流量；Pex為電解槽換熱器的換熱功率；考慮到每個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)內(nèi)電解小室電解液質(zhì)量的變化量遠(yuǎn)小于其已有的質(zhì)量，即mwaΔtMcell，對(duì)上式簡(jiǎn)化為： 其中，i表示第i個(gè)仿真時(shí)段；和分別為換熱器入口溫度和出口溫度；為換熱器的質(zhì)量流量；基于上述熱力動(dòng)態(tài)平衡模型，采用基于PI控制策略得到如下電解槽溫度控制模型： 其中，kp和ki分別為比例和積分系數(shù)，s為拉普拉斯算子；Tcell,ref為電解槽設(shè)定溫度參考值；第八步，結(jié)合上述分析，電力系統(tǒng)和熱力系統(tǒng)之間狀態(tài)量相互耦合，對(duì)于耦合系統(tǒng)整體而言，表示為如下緊湊形式： 其中，f1為電力系統(tǒng)；f2為熱力系統(tǒng)；x、y分別為電力系統(tǒng)狀態(tài)變量和熱力系統(tǒng)狀態(tài)變量；和為x和y對(duì)時(shí)間的導(dǎo)數(shù)。

如需購(gòu)買、轉(zhuǎn)讓、實(shí)施、許可或投資類似專利技術(shù)，可聯(lián)系本專利的申請(qǐng)人或?qū)＠麢?quán)人上海交通大學(xué);國(guó)網(wǎng)內(nèi)蒙古東部電力綜合能源服務(wù)有限公司;中國(guó)科學(xué)院電工研究所;國(guó)電南瑞科技股份有限公司，其通訊地址為：200230 上海市閔行區(qū)華山路1954號(hào)；或者聯(lián)系龍圖騰網(wǎng)官方客服，聯(lián)系龍圖騰網(wǎng)可撥打電話0551-65771310或微信搜索“龍圖騰網(wǎng)”。