(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210608371.2 (22)申请日 2022.05.31 (71)申请人 东南大学溧阳研究院 地址 213300 江苏省常州市溧阳市昆仑街 道泓口路218号A幢428室 （江苏中关村 科技产业园内） 申请人 东南大学 (72)发明人 孙立　尹瑞麟　苏志刚　郝勇生　 钱俊良　郝珊珊　 (74)专利代理 机构 南京鑫之航知识产权代理事 务所(特殊普通 合伙) 32410 专利代理师 姚兰兰 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G16C 60/00(2019.01)G06F 113/08(2020.01) G06F 119/08(2020.01) (54)发明名称 一种面向波动电能消纳的固体氧化物电解 制氢系统动态建模方法 (57)摘要 本发明公开了一种面向波动电能消纳的固 体氧化物电解制氢系统动态建模 方法， 涉及制氢 和储能领域。 包括以下步骤： S1： 基于电化学与传 热机理构建以波动的可再生能源电力作为唯一 的能量源的高温固体氧化物电解槽的动态模型； S2： 构建高温固体氧化物电解制氢系统各辅机部 件的动态模型并对电解制氢过程进行仿真； S3： 对高温固体氧化物电解水制氢系统机理模型进 行双输入双输出传递函数模型辨识； S4： 基于所 建立的辨识模型进行模型预测控制(MPC)设计。 本发明提出了面向波动电能消纳 的高温固体氧 化物电解水制氢系统的动态仿真模 型， 并通过系 统辨识和控制设计， 为电解系统定量供应符合反 应要求的反应原料， 实现反应温度的精确控制， 提高制氢系统的稳定性。 权利要求书2页 说明书8页 附图6页 CN 114781188 A 2022.07.22 CN 114781188 A 1.一种面向波动电能消纳的固体氧化物电解制氢系统动态建模方法， 其特征在于： 包 括以下步骤： S1： 基于电化学与传热机理构建以波动的可再生能源电力作为唯一的能量源的高温固 体氧化物电解槽的动态模型； S2： 构建高温固体氧化物电解制氢系统各辅机部件的动态模型并对电解制氢过程进行 仿真； S3： 对高温固体氧化物电解水制氢系统机理模型进行双输入双输出传递函数模型辨 识； S4： 基于辨识的传递 函数模型进行模型 预测控制设计。 2.根据权利要求1所述一种面向波动电能消纳的固体氧化物电解制氢系统动态建模方 法， 其特征在于： S1的具体步骤为： S11:依据电化学原理， 构建高温固体氧化物电解槽电化学动态响应模型； S12:依据电解槽模型 结构， 构建高温固体氧化物电解槽传热动态响应模型。 3.根据权利要求1所述一种面向波动电能消纳的固体氧化物电解制氢系统动态建模方 法， 其特征在于： 所述的电解槽(13)模 型内部状态变量由动态 微分方程构建， 考虑电解槽变 量响应的多时间尺度特点： 毫秒级的电化学反应、 秒级的气体流动以及分钟级的热传递。 4.根据权利要求1所述一种面向波动电能消纳的固体氧化物电解制氢系统动态建模方 法， 其特征在于： S12中传热动态响应模型表示 为： 式中， T为 反应温度， ρ 为物质密度， cp为定压热容， Φ为热流量， V为物质体积， h为对 流换 热系数， AA、 AC、 AS、 AI分别为阳极流体、 阴极流体、 固体结构和连接结构的换热面积， σ 为斯特 藩常量， εe为发射率， 下标A,C,S,I分别表示阳极流体、 阴极流体、 固体结构和连接结构。 5.根据权利要求1所述一种面向波动电能消纳的固体氧化物电解制氢系统动态建模方 法， 其特征在于： S3中模型辨识使用一组包含2个极点和1个零点的传递函数模拟系统的输 入输出特性， 传递 函数模型表示如下： 权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114781188 A 2式中： u1为蒸汽发生器加热功率， u2为空气流量， y1为反应蒸汽流量， y2为电化学反应温 度。 6.根据权利要求1所述一种面向波动电能消纳的固体氧化物电解制氢系统动态建模方 法， 其特征在于： S4步骤中模型预测控制 采用的是MPC控制， 空气流量和蒸汽发生器加热功 率作为操纵变量， 蒸汽流量和反应温度作为被控变量， 预测和控制范围分别设置为20秒和1 秒。 7.根据权利要求6所述一种面向波动电能消纳的固体氧化物电解制氢系统动态建模方 法， 其特征在于： 在MP C控制下， 应对波动电能时蒸汽流量作为系统状态变量， 其值与电解电 流相关： 其中， N为电池总数， I为电解电流， ηF为电解效率， F为法拉第常数， 为水的摩尔质 量， α 为蒸汽富 余率。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114781188 A 3