智能电解水制氢控制系统研究报告.pdf

河北省科技攻关项目 智能电解水制氢控制系统 研 究 报 告 项目编号： 起止时间： 2003—2005 承担单位： 项目负责人： 1 目 录 摘 要 1 一、本项目的立项背景及意义 （概述） 1 1．立项背景及意义 1 2．国内外研究概况 1 3．本项目的研究内容 4 二、智能模糊控制的研究 5 1．系统的调节 5 2．PID 控制 8 三、全数字整流电源的研究 13 1．全数字制氢装置三相全控桥式整流电路的原理 13 2．全数字移相触发电路的原理 13 1）对触发脉冲的要求 13 2）全数字移相触发电路 15 3．全数字制氢装置主回电路原理与保护 18 四、上位机监控及无人值守的研究 20 1．上位机人机界面 20 2．无人值守的实现 29 五、关键技术及创新点 30 参 考 文 献 31 2 摘 要 电解水可制取高纯度氢气，也是目前常用的制取氢气的方式；电解水制氢站制氢系统 是中大型火电厂必须的部分，为电厂发电机组提供冷却介质。其可靠性的高低直接影响到 电厂的发电。 本系统研究了制氢工艺的控制方法，采用了智能模糊 PID 方式对系统进行控制；运用 了全数字整流电源装置为系统提供可靠的直流电源；并使用工控机配合上位机监控软件对 设备进行监视和控制；设立各种联锁，报警对系统进行保护，实现系统的无人值守功能。 关键词：智能模糊 PID，全数字，电解水，制氢控制软件，制氢电源 1 一、本项目的立项背景及意义 （概述） 1．立项背景与意义 氢气是一种重要的工业用品，它广泛用于石油、化工、建材、冶金 电 子、医药、电力、轻工、气象、交通等工业部门和服务部门。工业上制取氢 气的方法很多，例如天然气石油及其制品经蒸汽转化、部分氧化制氢，煤气 化制氢等，又如前几年流行一时的氨分解制氢，近几年较为时髦的甲醇裂解 制氢，此外，还有食盐水电解制氢及水电解制氢。在这些方法中，水电解制 氢的运行费用是比较高的，但由于它的制取方法和操作简单，不受原料供应 的限制，且产品氢气的纯度高等优点仍然被不少部门和单位所接受。 水电解制氢是目前应用较广且比较成熟的方法之一。以水为原料制氢的 过程是氢与氧燃烧生成水的逆过程，因此只要提供一定形式一定能量，则可 使水分解。提供电能使水分解制得氢气的效率一般在 75-85％，其工艺过程简 单，无污染，但消耗电量大，因此其应用受到一定的限制。利用电网峰谷差 电解水制氢，作为一种贮能手段也具有特点。我国水力资源丰富，利用水电 发电，电解水制氢有其发展前景。太阳能取之不尽，其中利用光电制氢的方 法即称为太阳能氢能系统，国外已进行实验性研究。随着太阳电池转换能量 效率的提高，成本的降低及使用寿命的延长，其用于制氢的前景不可估量。 同时，太阳能、风能及海洋能等也可通过电制得氢气并用氢作为中间载能体 来调节，贮存转化能量，使得对用户的能量供应更为灵活方便。供电系统在 低谷时富余电能也可用于电解水制氢，达到储能的目的。我国各种规模的水 电解制氢装置数以百计，但均为小型电解制氢设备，其目的均为制提氢气作 料而非作为能源。随着氢能应用的逐步扩大，水电解制氢方法必将得到发展。 国外着重于开发氢气做为燃料，以代替日益枯竭的煤炭石油等矿物燃料。 氢不仅是一种清洁能源而且也是一种优良的能源载体，具有可储的特性。 储能是合理利用能量的一种方式。太阳能、风能分散间歇发电装置及电网负 荷的峰谷差或有大量廉价电能能都可以转化为氢能储存，供需要时再使用， 这种储能方式分散灵活