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考虑氧中氢含量的PEM电解槽非线性频率动态响应控制
Nonlinear Frequency Dynamic Response Control of PEM Electrolyzers Considering Hydrogen Content in Oxygen
孔令国 · 胡程奥 · 孙佳琦 · 王士博 等9人 · 中国电机工程学报 · 2025年16月 · Vol.45
针对质子交换膜电解槽在电力系统频率控制中负荷安全快速响应的难题，提出一种考虑氧中氢含量的非线性频率动态响应控制策略。基于质量、能量守恒及电化学方程建立电解槽一维动态机理模型，解析获得阳极氧中氢含量的数学表达；结合全息目标反馈非线性控制理论，设计兼顾安全与响应性能的频率控制策略。在25%风电渗透率的四机两区系统中进行阶跃负荷与风电波动仿真，结果表明所提方法在频率调节速度与稳定性方面优于传统下垂、加速下垂及频率变化率控制。
解读: 该PEM电解槽非线性频率响应控制技术对阳光电源氢能储能系统及电网侧储能产品具有重要应用价值。研究提出的全息目标反馈非线性控制策略可直接应用于阳光电源正在布局的制氢储能一体化方案，通过精确控制氧中氢含量确保电解槽安全参与电网频率调节。该技术与阳光电源ST系列储能变流器的构网型GFM控制形成互补，可将电...
波动工况下PEM电解槽负荷一维机理建模及动态响应
One-dimensional Mechanistic Modeling and Dynamic Response of PEM Electrolyzer Load under Fluctuating Operating Conditions
孔令国 · 孙佳琦 · 王士博 · 韩子娇 等7人 · 中国电机工程学报 · 2025年13月 · Vol.45
针对质子交换膜电解槽接入电力系统时缺乏兼顾高精度与高效求解的动态模型问题，提出一种基于流体力学守恒方程的一维机理建模方法，构建涵盖U-I特性、物质与能量传输的多物理场耦合模型，并采用四阶龙格-库塔法求解。仿真结果表明：稳态下电压与压力正相关、与温度负相关，氧中氢含量沿流道递增至阳极出口达峰值；动态阶跃下氢含量呈非单调响应，经历反应主导的快速上升与渗透主导的缓变阶段；风电波动下氢含量受反应速率主导，剧烈波动可能导致浓度超限，流速协同调控可有效抑制越限风险，提升运行安全性。
解读: 该PEM电解槽动态建模技术对阳光电源氢能-储能耦合系统具有重要价值。一维机理模型可集成至iSolarCloud平台，实现新能源制氢系统的精准仿真与预测性维护。针对风光波动工况的动态响应分析，可指导ST储能系统与电解槽的协同控制策略优化：通过储能变流器平抑功率波动，配合流速协同调控抑制氢中氧浓度越限，...