Page 20 - 电力与能源2023年第四期

326 毛火华，等：模块式绿电制氢储用系统控制策略研究

可分为三个层级。第一层级，由能量管理系统、微 立，否则 A 不成立。
网控制器、远程服务器和远程监控构成控制系统， 启动时判断电池荷电状态条件，当荷电状态
实现整体系统的控制、监控；第二层级，由电舱协 高于设定阈值时，定义 B 成立；当荷电状态低于设
调控制器、氢舱协调控制器、电舱辅助控制器、氢 定阈值时，则需进一步判断电网是否有电，如果有
舱辅助控制器构成控制系统，实现各分系统的控 电则控制微网由电网供电，定义 B 成立，否则 B 不

制和链路通信；第三层级，协调控制器与各分系统 成立。人机界面设置强制加热按钮，检测触发按
的设备构成控制系统。本文将研究绿氢储用系统 下后 C 成立，否则 C 不成立。正常运行时判断光
中重要设备及关联回路的控制策略。 伏发电条件，光伏逆变器直流侧电压高于设定阈
3.1 储能电池簇 值时，定义 D 成立，否则 D 不成立。系统启动后如
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储能电池簇是光伏储能、燃料电池发电后储 果（A&&B）|（A&&D）|C 成立，则开启加热，并开
能的关键设备，其安全稳定运行是保证整体系统 始计时，在设定时间后关闭加热，设定 B，C 为不
稳定运行的前提。 成立。
3.1.1 上电控制策略 3.2 PEM 制氢
3.2.1 压力控制
电池簇上电后进入初始化状态，收集单体电
正常工作时，控制系统即时监控压力值，并将
压、温度、电流、绝缘阻抗等信息，等待约 2 s 后进
其与规定范围的压力值进行比较，一旦超出范围
入预充状态。
立即发出声光报警。若压力持续升高，将触发制
预充时首先判断当前状态是否正常，异常时
氢现场的压力开关输出联锁信号，直接联锁整流
将立即进入故障模式，正常则闭合总负继电器和
设备，切断供电，停止产气。另外系统配置安全
预充继电器，对外部主回路实现预充，等待约 1 s
阀，当系统压力超过安全阀启动压力时，安全阀将
后进入正常运行或者强制充电状态。进入强制充
内部气体释放，以保证系统安全。安全阀、压力报
电状态的条件为外部有光伏电或电网电，即具备
警点和联锁点的设置保证了 PEM 电解槽和整个
充电条件，同时电池除放空故障外无其他故障。
系统不会因压力超高而受损坏。
强制充电状态下，首先判断是否有除电池放
3.2.2 氧槽温度控制
空外的其他故障，如有其他故障将转入故障模式，
控制槽温是制氢过程中极为重要的环节，控
否则将闭合继电器等待充电。如果系统充电则等
制系统由可编程逻辑控制器（PLC）进行控制，当
待电池放空故障消除后转入正常运行模式，否则
温度超过设定值时即时报警，高于 82 ℃时联锁停
等待约 1 min 转入故障模式。低温工况下仅闭合
车，并切断供电，同时循环水将继续保持循环，以
一体机继电器，温度有上升则继续等待充电。
迅速降温。槽温联锁点的设置，可防止电解槽中
正常状态下，闭合主回路、一体机继电器，检 的质子膜因温度过高而受损坏。
测到故障则转入故障模式。 3.2.3 液位控制
3.1.2 下电控制策略 控制系统将纯水箱液位与设定的上、下限报
在故障模式下，首先发信号给储能协调控制 警值进行比较，一旦出现超高或超低，立即由 PLC
器申请停机，等待 5 s 后将主回路断开。如申请停 输出报警声光信号。当液位继续恶化时，整流柜
机后故障消除而此时还没有断开主回路，则可以 会联锁停止供电。液位报警联锁点的设置，是为

返回正常状态，否则将锁定故障状态，下电复位后 了水箱不至于缺少纯水电解液使得电解槽无法冷
方可解除故障。 却而受损坏。
3.1.3 加热控制策略 3.2.4 循环水流量控制
电池簇加热控制策略，判断是否符合温度加 循环水既是制氢制氧的工艺水，也是将电解
热条件，当平均温度低于设定阈值时，定义 A 成 槽内部热量带出的冷却水，因而极为重要。为加