本技術屬于氫電熱多能耦合，更具體地，涉及一種基于多機燃料電池的氫電熱多能耦合方法及系統(tǒng)。

背景技術：

1、氫氣作為一種清潔的二次能源，具有較高的熱值，反應產物只有水，是風電或光伏發(fā)電與住宅負荷之間的理想介質。氫燃料電池是將氫的化學能直接轉化為電能的電化學裝置。然而，在電堆內的氫電轉換過程中，幾乎一半的氫化學能以熱量的形式散失。因此，對燃料電池產生的余熱回收進行回收，使其以熱電聯產的形式運行，是一種理想的用戶側能源供應方案。

2、電堆是燃料電池系統(tǒng)的主要產熱部件，通常占系統(tǒng)總廢熱的90％以上，因此相關技術中大多關注電堆的廢熱回收。然而，燃料電池的部分輔助設備，以及電堆排出物均會產生部分廢熱。但是為這些小型熱源建立獨立的熱回收系統(tǒng)在經濟上是得不償失的，導致這部分廢熱不能得到有效利用。

3、另外，單一的大型燃料電池在可靠性和耐久性方面存在不足，因此在工程上經常采用多機燃料電池系統(tǒng)進行協(xié)同作業(yè)。通過使用合理的多能耦合架構和能量管理方法，可以提高燃料電池系統(tǒng)的輸出功率和電效率，降低燃料消耗。然而，在大多數氫電熱多能耦合系統(tǒng)性能提升研究中，燃料電池僅有一個電堆，對多機燃料電池系統(tǒng)的功率分配和余熱回收管理研究很少。

技術實現思路

1、針對現有技術的缺陷，本技術的目的在于提供一種基于多機燃料電池的氫電熱多能耦合方法及系統(tǒng)，旨在解決多機燃料電池系統(tǒng)的功率分配和余熱回收管理。

2、第一方面，本技術實施例提供一種基于多機燃料電池的氫電熱多能耦合方法，包括：

3、采集當前時刻系統(tǒng)中所有燃料電池電堆的實際輸出功率之和，以及用戶側電負荷；

4、以用戶側電負荷為輸入參考值，所有燃料電池電堆的實際輸出功率之和為輸入控制值，通過總模糊邏輯pid控制器輸出所有燃料電池電堆的參考輸出功率之和；

5、將所有燃料電池電堆的參考輸出功率之和輸入至效率最優(yōu)功率分配模型，輸出需要啟動的燃料電池電堆數量和對應的參考輸出功率；

6、以每個燃料電池電堆的參考輸出功率和實際輸出功率值分別作為輸入參考值和輸入控制值，通過燃料電池電堆對應電磁閥的分模糊邏輯pid控制器輸出電堆氣體流量，對所在管路的氣體流量進行控制。

7、可選地，輸出需要啟動的燃料電池電堆數量和對應的參考輸出功率，包括：

8、以不同的燃料電池電堆的輸出功率相同為系統(tǒng)效率最優(yōu)；

9、確定n+1個燃料電池電堆平均分配功率和n個燃料電池電堆功率平均分配情況下的功率效率曲線的交點對應的功率為wtn；

10、若wtn小于所有燃料電池電堆的參考輸出功率之和，則確定n+2個燃料電池電堆平均分配功率和n+1個燃料電池電堆功率平均分配情況下的功率效率曲線的交點對應的功率wt(n+1)，并與所有燃料電池電堆的參考輸出功率之和進行比較；

11、若wtn大于或等于所有燃料電池電堆的參考輸出功率之和，則輸出需要啟動的燃料電池電堆數量為n，并以功率平均分配原則計算n個燃料電池電堆的參考輸出功率。

12、可選地，該方法還包括；

13、比較當前時刻廢熱回收熱量和用戶側熱負荷的大小，以廢熱優(yōu)先原則控制當前時刻氫氣燃燒器是否工作以及熱水儲罐是否對外釋放儲熱。

14、可選地，以廢熱優(yōu)先原則控制當前時刻氫氣燃燒器是否工作以及熱水儲罐是否對外釋放儲熱，包括：

15、若廢熱回收熱量大于或等于用戶側熱負荷，則由廢熱回收熱量單獨供熱，如有多余熱量則存儲在熱水儲罐中；

16、若廢熱回收熱量小于用戶側熱負荷，則判斷熱水儲罐是否有儲熱，若有則通過熱水儲罐進行補充供熱；

17、若熱水儲罐沒有儲熱或儲熱不夠，則通過氫氣燃燒器工作進行補充供熱。

18、可選地，廢熱回收熱量包括熱水儲罐通過第二水泵向每個燃料電池電堆提供低于電堆出口溫度的水帶走的電堆廢熱，中冷器對高溫空氣進行冷卻排出熱水的熱量，燃料電池電堆電化學反應產生的熱水的熱量。

19、可選地，所有燃料電池電堆的實際輸出功率之和減去輔機功率，為系統(tǒng)的實際輸出電功率。

20、第二方面，本技術實施例還提供一種基于多機燃料電池的氫電熱多能耦合系統(tǒng)，包括：

21、多個并聯連接的燃料電池電堆，空氣壓縮機，氫氣壓縮機，中冷器，氫氣儲罐，氫氣混合罐和熱水儲罐；

22、在系統(tǒng)運行過程中，空氣壓縮機對通入的空氣進行壓縮，壓縮后通過中冷器冷卻至電堆入口溫度，再通過空氣電磁閥進入每個燃料電池電堆；常溫水通過第一水泵進入中冷器，對高溫空氣進行冷卻，升溫后的水進入熱水儲罐；

23、氫氣儲罐被配置為儲存新氫氣，在氫氣混合罐中與燃料電池電堆排出的未反應的氫氣混合，再通過氫氣電磁閥進入每個燃料電池電堆；

24、每個燃料電池電堆電化學反應產生的熱水進入熱水儲罐，熱水儲罐通過第二水泵向每個燃料電池電堆提供低于電堆出口溫度的水以帶走電堆廢熱，升溫后的水再次進入熱水儲罐。

25、可選地，系統(tǒng)還包括氫氣燃燒器，氫氣燃燒器和氫氣儲罐通過氫氣電磁閥連接；

26、當熱水儲罐中的熱水不足以供應用戶側的熱負荷時，常溫水通過第四水泵進入氫氣燃燒器，氫氣儲罐中的氫氣通過連接的氫氣電磁閥進入氫氣燃燒器中進行燃燒加熱，加熱后的高溫水進入熱水儲罐以補充供熱。

27、可選地，常溫水通過第三水泵進入熱水儲罐降低熱水儲罐的溫度，以使熱水儲罐通過第二水泵向每個燃料電池電堆提供的水低于電堆出口溫度。

28、可選地，燃料電池電堆排出的未反應的空氣用于預熱氫氣混合罐中的氫氣；燃料電池電堆排出的未反應的氫氣由氫氣壓縮機壓縮后進入氫氣混合罐。

29、第三方面，本技術實施例還提供一種基于多機燃料電池的氫電熱多能耦合裝置，包括：

30、采集模塊，用于采集當前時刻系統(tǒng)中所有燃料電池電堆的實際輸出功率之和，以及用戶側電負荷；

31、第一輸出模塊，用于以用戶側電負荷為輸入參考值，所有燃料電池電堆的實際輸出功率之和為輸入控制值，通過總模糊邏輯pid控制器輸出所有燃料電池電堆的參考輸出功率之和；

32、第二輸出模塊，用于將所有燃料電池電堆的參考輸出功率之和輸入至效率最優(yōu)功率分配模型，輸出需要啟動的燃料電池電堆數量和對應的參考輸出功率；

33、第三輸出模塊，用于以每個燃料電池電堆的參考輸出功率和實際輸出功率值分別作為輸入參考值和輸入控制值，通過燃料電池電堆對應電磁閥的分模糊邏輯pid控制器輸出電堆氣體流量，對所在管路的氣體流量進行控制，使得燃料電池電堆的實際輸出功率跟隨參考輸出功率變化。

34、第四方面，本技術實施例還提供一種電子設備，包括：至少一個存儲器，用于存儲程序；至少一個處理器，用于執(zhí)行存儲器存儲的程序，當存儲器存儲的程序被執(zhí)行時，處理器用于執(zhí)行第一方面或第一方面的任一種可能的實現方式所描述的方法。

35、第五方面，本技術實施例還提供一種計算機可讀存儲介質，計算機可讀存儲介質存儲有計算機程序，當計算機程序在處理器上運行時，使得處理器執(zhí)行第一方面或第一方面的任一種可能的實現方式所描述的方法。

36、第六方面，本技術實施例還提供一種計算機程序產品，當計算機程序產品在處理器上運行時，使得處理器執(zhí)行第一方面或第一方面的任一種可能的實現方式所描述的方法。

37、本技術實施例提供的基于多機燃料電池的氫電熱多能耦合方法及系統(tǒng)，通過效率最優(yōu)功率分配模型確保了多機燃料電池始終以當前功率下的最大效率輸出，降低了燃料電池降低了燃料電池在低功率區(qū)間的損耗，避免了單個電堆長期在額定功率或高功率下運行，提高了系統(tǒng)的靈活性和穩(wěn)定性；在氫電熱多能耦合系統(tǒng)各控制環(huán)節(jié)采用模糊邏輯pid控制器，提高了系統(tǒng)響應的快速性，確保系統(tǒng)準確追蹤用戶側電負荷的變化，及時調整輸出功率。

38、在一些實施例中，通過比較當前時刻廢熱回收熱量和用戶側熱負荷的大小，以廢熱優(yōu)先原則控制當前時刻氫氣燃燒器是否工作以及熱水儲罐是否對外釋放儲熱，采用熱水儲罐以廢熱優(yōu)先原則集中管理氫電熱多能耦合系統(tǒng)的熱量，提高了系統(tǒng)廢熱回收總量，確保廢熱被及時利用，降低了系統(tǒng)氫耗。