本发明涉及燃料电池领域，具体涉及一种应对快速变载的多堆燃料电池热电联产系统及协调优化方法。
背景技术：
1、在燃料电池系统的应用中，已有研究通常将燃料电池看作一个整体，仅考虑单堆燃料电池系统的运行优化问题。相比于多堆燃料电池系统，单堆燃料电池系统的输出功率往往有限且容错性低，而多堆燃料电池系统在可靠性、灵活性、效率、热管理、维护性和扩展性等方面相比单堆燃料电池系统具有显著优势。这些优势使得多堆系统在实际应用中更具吸引力，尤其是在需要高可靠性、灵活负载响应和高效能源利用的场景中，如分布式能源系统、备用电源、移动电源和可再生能源集成等领域。
2、随着现代电网和能源系统中可再生能源比例的增加，能源需求的波动性和不确定性显著增加。快速变载是指电力需求在短时间内迅速变化的情况，如电网负载的瞬间增加或减少，传统的发电系统在应对快速变载方面存在一定的局限性，而燃料电池热电联产系统可以通过高效的能量转换和储能管理来应对这些挑战。为了克服这些难题，需要进一步研究和改进多堆燃料电池热电联产系统协调优化方法，确定好多堆燃料电池热电联产系统所能应对的快速变载范围及变载后所能持续运行的时长，对系统内各子系统的功率进行合理配置，以应对快速变载的应用场景。
技术实现思路
1、针对现有技术中提到的问题，本发明提出本发明提出一种应对快速变载的多堆燃料电池热电联产系统及协调优化方法，以解决背景技术中热电联产系统由于内部化学反应调节慢导致的动态响应能力不足的问题。
2、本发明一种应对快速变载的多堆燃料电池热电联产系统，包括电堆子系统、蓄电池子系统以及柔性负载子系统；
3、所述电堆子系统包括n个并联设置单堆燃料电池、与单堆燃料电池级联的单向直直变换器以及电堆子系统输出端连接负载端口；
4、所述蓄电池子系统包括蓄电池以及与蓄电池级联的双向直直变换器；
5、所述柔性负载子系统包括电制热型柔性负载以及与电制热型柔性负载级联的单向直交变换器；
6、所述蓄电池子系统的输出端与电堆子系统输出端并联，所述柔性负载子系统的输出端与电堆子系统输出端并联。
7、优选地，还包括直流母线，所述电堆子系统、蓄电池子系统以及柔性负载子系统均与直流母线连接，以实现电堆子系统、蓄电池子系统以及柔性负载子系统的并联。
8、优选地，所述直流母线还与负载相连，所述直流母线与负载之间设有单向直交变换器。
9、一种应对快速变载的多堆燃料电池热电联产系统的协调优化方法，包括以下步骤：
10、s1：获取系统参数以及负载需求功率，根据系统参数和负载需求功率，得到系统所能应对的快速变载范围和系统变载后所能持续运行的时长；
11、s2：判断系统的运行区间和蓄电池的荷电状态，在满足系统所能应对的快速变载范围及变载后所能持续运行的时长的条件下，根据系统所处的运行区间和蓄电池的荷电状态制定协调运行策略，得到分配后的各子系统的功率；
12、s3：根据系统参数，通过功率优化分配策略构建电堆子系统输出功率分配单堆燃料电池的映射集合；
13、s4：将步骤s2中分配后电堆子系统输出功率输入至所述映射集合中，生成电堆子系统内各单堆燃料电池的功率，完成电堆子系统内部功率优化分配。
14、优选地，所述步骤s1中系统所能应对的快速变载范围是基于蓄电池最大充电功率pch_max和最大放电功率pdisch_max、柔性负载的最大用电功率pr_max，得到系统所能应对的快速变载范围，如下式所示：
15、快速升载的功率上限为
16、快速降载的功率上限为
17、式中，为t时刻柔性负载的用电功率，为t时刻负载的需求功率，为t时刻蓄电池的充电功率，为t时刻蓄电池的放电功率。
18、优选地，所述步骤s1中系统变载后所能持续运行的时长是：
19、考虑柔性负载的水箱升温持续时间t1最小值；
20、不考虑柔性负载的水箱升温持续时间t2最小值；
21、电堆子系统中的氢气消耗完所持续的时间最小值；
22、蓄电池放电所能维持的时间tdisch最小值；
23、以及蓄电池充电所能维持的时间tch最小值。
24、优选地，所述步骤s2具体过程是：
25、根据电堆子系统功率最大值、电堆子系统功率最小值以及负载需求功率定义系统的运行区间；
26、根据蓄电池的充放电特性来划分蓄电池的soc区间；
27、判断系统的运行区间和蓄电池soc区间来制定不同的运行策略，分配电堆子系统功率、蓄电池子系统功率以及柔性负载子系统功率，使得变载后系统协调运行。
28、优选地，运行策略具体是以系统所能应对的快速变载范围为约束条件，根据系统的升载需求或降载需求来调节各子系统的功率。
29、优选地，所述步骤s3具体过程是：
30、以最大化电堆子系统的整体效率为目标函数，目标函数表达式为：
31、
32、式中：为t时刻单堆燃料电池的输出功率，为t时刻单堆燃料电池的发电效率；
33、对电堆子系统和单堆燃料电池设定求解约束条件；
34、通过深度优先搜索算法对目标函数值进行求解，确保输出结果为最优值；
35、电堆子系统的输出功率与单堆燃料电池的优化分配功率的映射关系为：
36、
37、优选地，系统在运行中，基于系统运行状态和蓄电池soc状态，系统设有保护策略。
38、本发明相对于现有技术，取得了以下的技术效果：
39、本发明通过计算多堆燃料电池热电联产系统所能应对的快速变载范围及变载后所能持续运行的时长，作为协调优化的基础和边界条件，根据系统所处运行空间和蓄电池的荷电状态制定协调运行策略，系统变载时，通过蓄电池或柔性负载调节电堆子系统由于变载能力不足导致的缺额或过量输出。
40、本发明实时监测各子系统的实时运行信息，根据负载需求功率合理分配各子系统的功率，使得系统具备应对快速变载的能力，同时减少燃料电池电堆的频繁变载，提升系统稳定性的同时增加了使用寿命。
1.一种应对快速变载的多堆燃料电池热电联产系统，其特征在于，包括电堆子系统、蓄电池子系统以及柔性负载子系统；
2.根据权利要求1所述一种应对快速变载的多堆燃料电池热电联产系统，其特征在于，还包括直流母线，所述电堆子系统、蓄电池子系统以及柔性负载子系统均与直流母线连接，以实现电堆子系统、蓄电池子系统以及柔性负载子系统的并联。
3.根据权利要求2所述一种应对快速变载的多堆燃料电池热电联产系统，其特征在于，所述直流母线还与负载相连，所述直流母线与负载之间设有单向直交变换器。
4.根据权利要求1～3任一项所述应对快速变载的多堆燃料电池热电联产系统的协调优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述一种应对快速变载的多堆燃料电池热电联产系统协调优化方法，其特征在于，所述步骤s1中系统所能应对的快速变载范围是基于蓄电池最大充电功率pch_max和最大放电功率pdisch_max、柔性负载的最大用电功率pr_max，得到系统所能应对的快速变载范围，如下式所示：
6.根据权利要求4所述一种应对快速变载的多堆燃料电池热电联产系统协调优化方法，其特征在于，所述步骤s1中系统变载后所能持续运行的时长是：
7.根据权利要求4所述一种应对快速变载的多堆燃料电池热电联产系统协调优化方法，其特征在于，所述步骤s2具体过程是：
8.根据权利要求7所述一种应对快速变载的多堆燃料电池热电联产系统协调优化方法，其特征在于，运行策略具体是以系统所能应对的快速变载范围为约束条件，根据系统的升载需求或降载需求来调节各子系统的功率。
9.根据权利要求4所述一种应对快速变载的多堆燃料电池热电联产系统协调优化方法，其特征在于，所述步骤s3具体过程是：
10.根据权利要求4所述一种应对快速变载的多堆燃料电池热电联产系统协调优化方法，其特征在于，系统在运行中，基于系统运行状态和蓄电池soc状态，系统设有保护策略。
