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龙图腾网恭喜上海交通大学;国网内蒙古东部电力综合能源服务有限公司;中国科学院电工研究所;国电南瑞科技股份有限公司申请的专利电制氢余热回收供热系统建模方法及其多速率仿真方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN119380831B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-05-23发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202311036727.0，技术领域涉及：G16C20/10；该发明授权电制氢余热回收供热系统建模方法及其多速率仿真方法是由韩鹏飞;徐潇源;庄莹;裴玮;单吉才;姚强;唐成虹;严正;王晗;谭振飞;王梦圆设计研发完成，并于2023-08-17向国家知识产权局提交的专利申请。

本电制氢余热回收供热系统建模方法及其多速率仿真方法在说明书摘要公布了：本发明公开了电制氢余热回收供热系统建模方法及其多速率仿真方法，涉及综合能源系统领域，本发明考虑了电制氢系统过程中热量的回收利用，通过换热器将电制氢产生的热量回收到供热网络中，以提升能源利用效率。构建了包含风电‑氢气和供热系统的电热综合能源系统时域耦合动力学模型，提出了电制氢余热回收供热系统多速率仿真方法，实现了对电制氢余热回收供热系统动态过程的高效准确地仿真模拟。

本发明授权电制氢余热回收供热系统建模方法及其多速率仿真方法在权利要求书中公布了：1.电制氢余热回收供热系统建模方法，其特征在于，包括如下步骤：①构建可再生能源电解制氢余热回收与供热网络协调运行模式：风电制氢系统中电解液与热力系统回水通过液-液式换热器进行热交换，其中换热器高温侧与电解液循环散热系统相连，换热器低温侧与热力系统回水管道相连，经热力系统回水冷却后的电解液回流到电解槽中，而被加热后的热力回水流入到电锅炉中继续加热，以达到负荷热力系统要求的给水温度；②所述可再生能源电解制氢余热回收与供热网络协调运行模式的实现依赖于对热力系统、电力系统中设备的动态建模，其中热力系统包含热源、热力管道、热力网络、热力负载，电力系统动态建模包含电力电子换流器模型、质子交换膜电解槽模型；第一步，构建热源模型如下所示： 其中，Cwa为水的比热容，Mb，Tb，Pb分别为电锅炉内的水的质量、温度、加热功率，t为时间，mo为电锅炉输出热水的质量流量，Tre为电锅炉回水的质量流量；第二步，构建热力管道模型如下所示： 其中，和miout分别为第i个时段的流入和流出质量流量；Ttout是管道出口的加权平均温度；ρ为水的密度；S和L分别为管道的截面积和长度；Δt为流体分段所采用的时间间隔；Π为输出标识，当热水流出管道时取值为1，否则为0；为第i个分段的流出温度，αi为第i段流体的质量占的比例；γt和φt分别表示第t时段流出管道的流体段中包含的最小和最大段编号；Π，αi以及φt的计算如下所示： 其中，Tenv为环境温度；κ为管道的散热系数；mφtin为编号为φt的流体段进入管道时的流速；第三步，构建热力网络模型，热力网络包含供水网络和回水网络两部分，采用有向图G＝V,E表示供热网络拓扑结构，其中V是节点集合，E是支路集合，采用Ω+和Ω-v分别表示与节点v相连的流出和流入支路，供水网络的节点支路关联矩阵As+＝a+ve|V|×|E|和As-＝a-ve|V|×|E|表示如下： 其中，a+ve和a-ve分别为矩阵As+和As-中的元素，由于供水网络和回水网络的支路结构对称，回水网络的节点支路关联矩阵表示为：Ar+＝As-,Ar-＝As+此外，采用系数矩阵Ds1、Ds2、Dr1、Dr2描述供热网络中的热功率分布： 其中，Ds1为给水支路功率占流入节点比例的对角阵；Ds2为热负荷功率占与之相连的节点的功率占比对角矩阵；Dr1为回水支路功率占流入节点热功率的比例对角阵；Dr2为回水节点占热源功率的比例的对角阵；me为支路e的流量；mdv为与节点v相连的热负荷流量；mgv为与节点v相连的热源流量；|E|和|V|分别为集合E和V中元素的个数；结合前述热力管道模型与供热网络功率分配模型，得到供热网络中给水和回水网络的动态模型，如下所示： 其中，表示给水网络中支路热功率向量；Ptr,e表示回水网络中支路热功率向量；K为管道热损失矩阵；τe表示热水在管道e中的传输时间；和分别表示供水和回水网络中的负荷功率向量，表示供热网络中热源的功率向量；Penv为流体温度为环境温度时的热功率向量；第四步，构建热负荷模型：PL＝CwamLΔTL其中，PL为热力负荷功率，mL为热负荷的质量流量；ΔTL为负荷节点的给水与回水温差；第五步，构建电力电子换流器模型，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表示三相交流标幺化电压；Vχ表示换流器交流侧三相交流电压；Vdc表示直流侧电压；Pac为交流侧功率；Idc为直流侧电流；Ia，Ib，Ic及Va，Vb，Vc分别为a、b、c三相电流及电压；s表示调制度，sd和sq为d轴和q轴调制度；ω为交流电压角频率；为交流电压初始相角；χ为a、b、c三相集合；n表示a、b、c三相电压相角偏置程度；第六步，构建质子交换膜电解槽电化学模型，如下所示：Vcell＝Vocv+Vact+Vohm 其中，Vcell，Vact，Vocv，Vohm分别为电解小室电压、活化过电势、开路电压、欧姆过电势；V0为电解小室的开路电压；R为理想气体常数；Tcell为电解小室的温度；aH2，aO2，aH2O分别为氢气、氧气、水的活度，aH2O＝1；F为法拉第常数；z为电解制氢过程的电子转移数；aa和ac分别为电解小室阳极和阴极的转移电荷系数；Ta和Tc为电解小室阳极和阴极的温度；j表示电解电流密度；j0,a和j0,c分别为电解小室阳极和阴极的交换电流密度在标准状况下的取值；λ为质子交换膜的含水量；δm为质子交换膜的厚度；第七步，构建通过换热器余热回收的电解槽热力模型，首先得到电解制氢产热功率： 其中，Pheat、PE、PH2分别为电解产热功率、电解总功率、有效转化为氢气的功率；在电解制氢余热回收模式下，构建电解槽热力动态平衡模型：CwaN1N2McellTcell＝CwaN1N2McellT0+Cwa∫mwaTin,cell-mwaTcelldt+∫Pheat-Pexdt其中，N1、N2分别为电解槽的并联组数及每组串联的电解小室个数；Mcell为电解小室内电解液的质量；T0为电解槽的初始温度；Tin,cell为进入电解小室的电解液的温度；mwa为电解小室内电解液的质量流量；Pex为电解槽换热器的换热功率；考虑到每个时间步长内电解小室电解液质量的变化量远小于其已有的质量，即mwaΔtMcell，对上式简化为： 其中，i表示第i个仿真时段；和分别为换热器入口温度和出口温度；为换热器的质量流量；基于上述热力动态平衡模型，采用基于PI控制策略得到如下电解槽温度控制模型： 其中，kp和ki分别为比例和积分系数，s为拉普拉斯算子；Tcell,ref为电解槽设定温度参考值；第八步，结合上述分析，电力系统和热力系统之间状态量相互耦合，对于耦合系统整体而言，表示为如下紧凑形式： 其中，f1为电力系统；f2为热力系统；x、y分别为电力系统状态变量和热力系统状态变量；和为x和y对时间的导数。

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