專利名稱：基于網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)的可再生能源綜合發(fā)電控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可再生能源發(fā)電后通過直接中高壓電解水制氫、金屬氫化物儲(chǔ)氫 達(dá)到儲(chǔ)能目的，利用質(zhì)子交換膜燃料電池發(fā)電的能源綜合利用系統(tǒng)，特別涉及一種基于網(wǎng) 絡(luò)學(xué)習(xí)的可再生能源綜合發(fā)電控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
可再生能源泛指多種取之不竭的可長(zhǎng)期持續(xù)利用的能源，包括太陽(yáng)能、風(fēng)能、水 能、潮汐能、地?zé)崮芎蜕锬艿?，可再生能源可以通過直接或間接的方式轉(zhuǎn)化為電能，從而 供人類使用。其中水力發(fā)電是大家最為熟悉的可再生能源發(fā)電方式，而太陽(yáng)能光伏發(fā)電和 風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)電近年來(lái)隨著全球能源危機(jī)和環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的要求而大力發(fā)展起來(lái)，可再 生能源發(fā)電在未來(lái)電力格局中的地位將日益加重。氫能作為一種極為優(yōu)越的二次能源，氫的貯存與輸送是氫能利用中的重要環(huán)節(jié)。 由于氫的易燃性、易擴(kuò)散性和重量輕，因此其貯存與輸送中的安全、高效和無(wú)泄漏損失是人 們?cè)趯?shí)際應(yīng)用中優(yōu)先考慮的問題。工業(yè)實(shí)際應(yīng)用中大致有五種貯氫方法(1)常壓貯存； (2)高壓容器；(3)液氫貯存；(4)金屬氫化物方式；(5)吸附貯存。其中金屬氫化物儲(chǔ)氫具 有體積比儲(chǔ)氫密度高，平衡壓力低，使用安全的優(yōu)點(diǎn)，可同時(shí)用于工業(yè)和民用，從而使氫能 走進(jìn)我們的日常生活。質(zhì)子交換膜燃料電池是將燃料和氧化劑中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的電化學(xué)裝 置?？朔藲錃庵苯尤紵苿?dòng)汽輪機(jī)發(fā)電的熱損失和卡諾循環(huán)限制，具有能量轉(zhuǎn)換率高、清 潔無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)。質(zhì)子交換膜燃料電池電堆必須在一定的條件下才能發(fā)揮好的效率以實(shí)現(xiàn) 可靠的工作，因此需配備一些輔助系統(tǒng)，如冷卻系統(tǒng)(控制溫度在60 80°C)、加濕系統(tǒng)、 空氣供給系統(tǒng)和氧氣供給系統(tǒng)、報(bào)警系統(tǒng)和滅火系統(tǒng)等。目前國(guó)內(nèi)外已經(jīng)有可再生能源與蓄電池或與氫能燃料電池綜合發(fā)電系統(tǒng)的報(bào)道， 但尚未有將可再生能源發(fā)電_中高壓純水水電解制氫-金屬氫化物儲(chǔ)氫-燃料電池發(fā)電作 為可再生能源一體化綜合發(fā)電解決方案的報(bào)道，尤其是針對(duì)獨(dú)立單元(如基站、艦船、應(yīng)急 等)應(yīng)用的面向商業(yè)化所需要的基于網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)控制的可再生能源綜合發(fā)電裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種基于網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)的可再生能源綜合發(fā)電控制系統(tǒng)。以同時(shí)對(duì)溫度、 壓力、流量、濕度等系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行控制，并提出一種基于網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)的控制策略。本發(fā)明的目的可以通過下列技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)精確地監(jiān)測(cè)和控制成百上千次測(cè)量， 范圍包括太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)輸入輸出的電壓、電流，中高壓電解水制氫系統(tǒng)產(chǎn)生氫氣的流量 和壓力，金屬氫化物儲(chǔ)氫系統(tǒng)的溫度、壓力、流量，質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)的氫燃料和氧 化劑的流量、溫度、壓力、濕度和燃料電池組輸出的電壓和電流，能夠監(jiān)視和控制可再生能 源綜合發(fā)電系統(tǒng)各個(gè)模塊在各種情況下的運(yùn)行，并準(zhǔn)確獲得關(guān)于實(shí)時(shí)性能和工作特性等信 息。同時(shí)具有靈活的數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控和控制能力，以精確地控制各個(gè)模塊的工作和試驗(yàn)。
該系統(tǒng)包括了各模塊的信號(hào)檢測(cè)單元、電壓掃描單元、安全自動(dòng)連鎖保護(hù)單元、輸 入輸出接口單元、測(cè)試控制軟件等。信號(hào)檢測(cè)單元執(zhí)行對(duì)若干個(gè)電壓信號(hào)及溫度信號(hào)的檢測(cè)，并完成若干算法及數(shù)據(jù) 補(bǔ)償。電壓掃描單元通過測(cè)試電池組結(jié)構(gòu)中每個(gè)單片電池的電壓，可以檢測(cè)出問題的組 件，解析現(xiàn)場(chǎng)或帶負(fù)荷長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行時(shí)的各模塊性能。安全自動(dòng)連鎖保護(hù)單元為重要的輔助單元，目的是為了在系統(tǒng)工作過程中保證人 身、運(yùn)行、設(shè)備的安全，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生異常時(shí)，本連鎖各執(zhí)行機(jī)構(gòu)能按規(guī)定的程序?qū)崿F(xiàn)緊急操 作及切換，直至緊急停機(jī)，單元專門對(duì)氫回路獨(dú)立設(shè)置雙通道故障檢出元件，與系統(tǒng)中軟件 智能故障判斷形成三重保護(hù)。輸入輸出接口單元將前面幾個(gè)單元的各類傳感器信號(hào)，如溫度、流量、壓力、電 壓、電流信號(hào)及開關(guān)量信號(hào)轉(zhuǎn)化為隔離標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)多參數(shù)高速檢測(cè)與信息融合，與 工業(yè)控制計(jì)算機(jī)組成智能監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)并向下發(fā)布主機(jī)指令，此單元集中各回路點(diǎn)近百 個(gè)，數(shù)據(jù)高速處理，各單元數(shù)據(jù)傳輸根據(jù)級(jí)別優(yōu)先排序，為計(jì)算機(jī)二級(jí)決策層減輕負(fù)擔(dān)，使 其騰出大量時(shí)空優(yōu)化人機(jī)界面及設(shè)計(jì)龐大的數(shù)據(jù)庫(kù)，以綜觀整個(gè)系統(tǒng)全局。測(cè)試軟件運(yùn)行于WINNT平臺(tái)，由開發(fā)系統(tǒng)，運(yùn)行系統(tǒng)，工程管理器和信息窗口組態(tài) 而成。開發(fā)系統(tǒng)用于各單元設(shè)備配置、各畫面組合、報(bào)警配置、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器和報(bào)警服務(wù)器。 前級(jí)單元插入的控件可與之交換數(shù)據(jù)。運(yùn)行系統(tǒng)根據(jù)上述配置自動(dòng)采集前場(chǎng)設(shè)備信息、響 應(yīng)命令和發(fā)布控制命令，對(duì)傳輸上來(lái)的各單元數(shù)據(jù)進(jìn)行報(bào)警判別，并將采集的數(shù)據(jù)送入數(shù) 據(jù)庫(kù)服務(wù)器中。


圖1為基于網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)控的可再生能源綜合發(fā)電系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)2為基于網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)的可再生能源綜合發(fā)電體系參數(shù)控制結(jié)構(gòu)圖
具體實(shí)施例方式結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。如圖1所示，本發(fā)明所采用的解決方案是系統(tǒng)控制采用“本地控制、遠(yuǎn)程優(yōu)化”的 思想，各單元模塊的電流、電壓采用高速采集設(shè)備傳送到監(jiān)控計(jì)算機(jī)。系統(tǒng)參數(shù)溫度、濕度、 流量、壓力及電子負(fù)載參數(shù)通過信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊再通過現(xiàn)場(chǎng)總線或網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入到監(jiān)控計(jì)算機(jī)用 于計(jì)算和分析。測(cè)試系統(tǒng)中溫度、壓力、氣體流量的控制分別采用現(xiàn)場(chǎng)溫度控制器和氣體 質(zhì)量流量控制器完成；測(cè)量?jī)x表和智能儀表通過控制網(wǎng)絡(luò)鏈接到遠(yuǎn)程的控制中心，在控制 中心能夠根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況對(duì)各單元模塊系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，得到性能最佳時(shí)的系統(tǒng)參 數(shù)，能夠根據(jù)負(fù)載及各種干擾的情況動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)現(xiàn)場(chǎng)智能控制器的控制參數(shù)；采用Websever 將上位機(jī)的控制軟件組建一個(gè)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器。能夠讓用戶遠(yuǎn)程進(jìn)行各部分測(cè)試實(shí)驗(yàn)，能夠?yàn)g 覽監(jiān)控軟件的信息，能夠查詢相關(guān)的信息并打印。為了防止未經(jīng)授權(quán)的人員非法進(jìn)入系統(tǒng)進(jìn)行非法操作，本控制系統(tǒng)設(shè)置了系統(tǒng)操 作員登錄窗口，操作員只有在輸入了正確的用戶名和密碼的情況下，才能進(jìn)入系統(tǒng)，執(zhí)行操 作。同時(shí)系統(tǒng)還記錄保存了各個(gè)操作員登錄系統(tǒng)和退出系統(tǒng)的時(shí)間，以及在這段時(shí)間內(nèi)所作的操作，做到了跟蹤記錄。系統(tǒng)還設(shè)有管理員身份鑒定，只有管理員才能對(duì)報(bào)警限等進(jìn)行 修改，提高了系統(tǒng)安全性。 網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)控制原理如圖2所示。本地控制器包括溫度、壓力控制器等，其主要的控 制算法是單輸入單輸出PID或模糊PID算法，但PID三個(gè)參數(shù)KP、K1, Kd或模糊規(guī)則可以修 改。網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)控制器包括可再生能源綜合發(fā)電系統(tǒng)參數(shù)的優(yōu)化、網(wǎng)絡(luò)延時(shí)的統(tǒng)計(jì)分析、網(wǎng) 絡(luò)延時(shí)補(bǔ)償、對(duì)控制誤差的預(yù)測(cè)分析、模型參數(shù)的辨識(shí)、多變量的解耦控制、魯棒自適應(yīng)調(diào) 節(jié)PID三個(gè)參數(shù)KP、K1, Kd或模糊規(guī)則的學(xué)習(xí)控制。再生能源綜合發(fā)電系統(tǒng)中對(duì)溫度、壓力 的控制精度要求非常高，在系統(tǒng)比較穩(wěn)定的情況下，壓力采用壓力控制器完成，溫度采用溫 度控制器完成。當(dāng)系統(tǒng)負(fù)載改變或存在干擾及系統(tǒng)模塊自身特性發(fā)生變化時(shí)，溫度控制和 壓力僅僅依靠本地控制器很難完成，這時(shí)，可以通過遠(yuǎn)程的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)單元根據(jù)電堆電壓、電 流、功率、質(zhì)量流量、溫度、壓力、濕度等信號(hào)對(duì)系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化得到燃料電池電堆性能最 佳時(shí)的系統(tǒng)參數(shù)，及電堆性能最佳時(shí)溫度、壓力所要求的設(shè)定值，并依次通過網(wǎng)絡(luò)延時(shí)的統(tǒng) 計(jì)分析、網(wǎng)絡(luò)延時(shí)補(bǔ)償、對(duì)控制誤差的預(yù)測(cè)分析、模型參數(shù)的辨識(shí)、多變量的解耦控制、魯棒 自適應(yīng)學(xué)習(xí)控制，自動(dòng)調(diào)節(jié)本地控制器的控制參數(shù)——PID三個(gè)參數(shù)Ki^KpKd或模糊規(guī)則， 使得控制性能得到改善，魯棒性、穩(wěn)定性、控制精度都得到提高。
權(quán)利要求
基于網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)的可再生能源綜合發(fā)電控制系統(tǒng)，包括各模塊的信號(hào)檢測(cè)單元、電壓掃描單元、安全自動(dòng)連鎖保護(hù)單元、輸入輸出接口單元、測(cè)試控制軟件等。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)的可再生能源綜合發(fā)電控制系統(tǒng)，其特征是 所述的信號(hào)檢測(cè)單元能夠執(zhí)行對(duì)若干個(gè)電壓信號(hào)及溫度信號(hào)的檢測(cè)，并完成若干算法及數(shù) 據(jù)補(bǔ)償。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)的可再生能源綜合發(fā)電控制系統(tǒng)，其特征是 電壓掃描單元能夠循環(huán)掃描各電池單元的電壓，循環(huán)電壓掃描的周期為1ms 1000s。其通 過現(xiàn)場(chǎng)總線或網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行計(jì)算機(jī)監(jiān)控。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)的可再生能源綜合發(fā)電控制系統(tǒng)，其特征是 可以通過網(wǎng)絡(luò)在線修改所有的本地控制單元的控制參數(shù)，包括氣體質(zhì)量流量控制器、溫度 控制器、液位控制器和壓力傳感器等。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)的可再生能源綜合發(fā)電控制系統(tǒng)，其特征是 所述的信號(hào)采集單元，具有現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)接口，與網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)的控制單元連接。實(shí)時(shí)采集各種 運(yùn)行參數(shù)，包括壓力、溫度、液位、流量、電導(dǎo)率等。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)的可再生能源綜合發(fā)電控制系統(tǒng)，其特征是 所述的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)單元，能夠根據(jù)優(yōu)化整個(gè)可再生能源綜合發(fā)電系統(tǒng)的控制參數(shù)，根據(jù)實(shí)際 運(yùn)行情況實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)本地控制器的控制參數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)的可再生能源綜合發(fā)電控制系統(tǒng)，其特征是 所述的遠(yuǎn)程瀏覽單元，支持遠(yuǎn)程測(cè)試實(shí)驗(yàn)和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)調(diào)閱。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)的可再生能源綜合發(fā)電控制系統(tǒng)，其特征是 所述的報(bào)警單元，能夠?qū)扇細(xì)怏w(如氫氣)的濃度進(jìn)行二級(jí)報(bào)警；對(duì)中高壓電解水制氫 系統(tǒng)的液位進(jìn)行高、低位報(bào)警；對(duì)質(zhì)子交換膜燃料電池電堆進(jìn)口溫度、壓力進(jìn)行報(bào)警和連鎖 保護(hù)。全文摘要
可再生能源綜合發(fā)電系統(tǒng)包括可再生能源發(fā)電、中高壓水電解制氫、金屬氫化物儲(chǔ)氫和燃料電池發(fā)電多個(gè)模塊，其對(duì)溫度、壓力等系統(tǒng)控制參數(shù)的控制精度、穩(wěn)定性和魯棒性的要求很高，而上述參數(shù)具有滯后、非線性且相互耦合的特性，很難單獨(dú)對(duì)其進(jìn)行控制。為了提高總體應(yīng)用性能，本發(fā)明提出一種基于網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)的控制策略對(duì)參數(shù)基本的控制由其自身控制器完成，而系統(tǒng)的優(yōu)化、協(xié)調(diào)控制由網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)單元完成。同時(shí)本發(fā)明在網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)單元建立了一個(gè)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，能夠讓用戶在遠(yuǎn)程進(jìn)行對(duì)系統(tǒng)中的各個(gè)模塊進(jìn)行監(jiān)控，并調(diào)閱相關(guān)的運(yùn)行數(shù)據(jù)和控制參數(shù)，真正實(shí)現(xiàn)了管控一體化，徹底避免“自動(dòng)化孤島”現(xiàn)象的出現(xiàn)。
文檔編號(hào)G05B19/418GK101893862SQ20091002770
公開日2010年11月24日 申請(qǐng)日期2009年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月19日
發(fā)明者劉振泰, 曾壎, 沈建躍 申請(qǐng)人:無(wú)錫尚弗能源科技有限公司