本发明属于水电解制氢，特别涉及一种pem电解槽测试台架及基于模型预测的温度控制方法。
背景技术：
1、现有工业用的水电解制氢设备采用的电解槽温度控制方法，包括：槽前温pid控制方法、槽后pid温控制方法。温度控制装置，包括：循环冷却水系统、薄膜调节阀、温度变送器、plc控制器等。通过在plc中预设电解槽温度目标值，控制器检测电解槽实际温度，控制器控制薄膜调节阀的开度大小控制冷却水的流量，达到温度控制的目的。
2、当前采用的控制方法存在较大时滞，无法适应电解槽运行在波动工况下的温度控制。亟需根据pem电解制氢系统的电-热-质强耦合关系，开发宽兼容的电-热-质耦合调节技术，实现控制的强鲁棒性。
3、因此，如何提供一种pem电解槽测试台架及基于模型预测的温度控制方法，能够通过测试台架不断迭代优化数学模型，提高模型预测的准确度，达到在宽功率波动工况下温度控制的强鲁棒性，已经成为一个亟待解决的技术问题。
技术实现思路
1、本发明实施例提供一种pem电解槽测试台架及基于模型预测的温度控制方法，能够通过测试台架不断迭代优化数学模型，提高模型预测的准确度，达到在宽功率波动工况下温度控制的强鲁棒性。
2、本发明的一个实施例中，提供一种pem电解槽测试台架，包括：pem电解槽系统，开关电源，电压、电流传感器，温度传感器和氢氧分离器。
3、所述pem电解槽系统，包括：pem电解槽、气液处理框架、开关电源和pem设备控制系统；所述pem设备控制系统为具有4ma-20ma模拟信号采集和输出功能的plc，所述plc将高精度传感器系统的模拟量信号转换为数字量信号，将数字量信号转换为模拟信号，给定冷却水阀门的开度信号；
4、所述氢氧分离器，包括：加热棒、薄膜调节阀、冷却水和恒温水系统；所述加热棒和薄膜调节阀控制电解槽进口水温，所述加热棒和冷却水和恒温水系统的功率与所述pem电解槽的功率相关。
5、进一步地，所述冷却水和恒温水系统通过设置目标温度，保证进入所述pem电解槽的槽前温度恒定，经过所述pem电解槽后检测所述pem电解槽后温度，确定所述加热棒的加热温度。
6、进一步地，在所述pem电解槽的进口位置设置槽前温度传感器，在所述pem电解槽的出口位置设置槽后温度传感器。
7、进一步地，所述pem电解槽系统的管路及电解槽本体，设置用于减少外界热交换的保温材料包覆。
8、进一步地，所述加热棒的温度可调，所述冷却水和恒温水系统的冷却水量通过所述薄膜调节阀实现0～100％的开度调节。
9、本发明的又一个实施例中，提供一种基于模型预测的温度控制方法，基于以上任一项所述的一种pem电解槽测试台架，包括：
10、s101、基于测试台架的温度控制策略，设置pid控制算法，确定薄膜调节阀的开度指令；
11、s102、建立pem测试平台的热能数学模型：
12、
13、qflow,t＝cvρ(tout,t-tin,t)
14、qc,t＝vcρccc(tc,in,t-tc,t)
15、其中，qele,t为电解槽总发热量，qdis,t为电解槽散热量，qflow,t为电解液带走的热量，qc,t为换热器带走的热量，vi为电解槽小室电压，m为电解槽小室数目，i为电解槽电解电流，q为电解液体积流量，ρ为电解液密度，c为电解液比热容，tin,t为电解槽进口温度tout,t为电解槽出口温度，tc,in,t为冷却水进口温度，tc,t为冷却水出口温度；
16、s103、预测到所述pem电解槽槽后温度变化曲线，与实际的槽后温度变化曲线对比，为qele,t，qflow,t和qc,t引入矫正系数；
17、s104、在电解槽额定电流的10％-100％范围内，进行均匀插值，获取n个电流命令，n≥2，并基于测试试验台架，测量在这n个电流命令下，系统稳定工况时的状态参量及控制参量；基于得到的n个系统稳态工作点，进行线性化处理，利用零阶保持器，将线性时变参数模型离散化；
18、s105、设计模型预测控制器，对离线部分，基于线性事变模型方程组，输入控制器相关参数得到预测结果；对在线部分，基于线性变参数模型，定义一个目标代价函数，所述模版代价函数的考虑指标为被控量的误差及控制量绝对值的大小，被控量的误差代表控制精度，控制量的大小代表系统的能耗，并设定相关参量的边界范围；
19、s106、所述目标代价函数及相关参数的边界条件，为
20、
21、0≤uk≤1
22、
23、整理成二次规划的形式在每个控制周期k内，基于内点法，进行在线最优控制求解，得到最优的薄膜调节阀开度。
24、进一步地，设置pid控制算法，确定薄膜调节阀的开度指令，包括：
25、在手动模式下，直接写入薄膜调节阀开度命令值；
26、在自动模式下，通过温度传感器检测实际温度，并与温度建议值，输入pid算法，自动得出薄膜调节阀的开度指令。
27、本发明所带来的有益效果如下：
28、从上述方案可以看出，本发明实施例提供一种pem电解槽测试台架及基于模型预测的温度控制方法，测试台架包括：pem电解槽系统，开关电源，电压、电流传感器，温度传感器和氢氧分离器。pem电解槽系统包括：pem电解槽、气液处理框架、开关电源和pem设备控制系统；pem设备控制系统为具有4ma-20ma模拟信号采集和输出功能的plc，plc将高精度传感器系统的模拟量信号转换为数字量信号，将数字量信号转换为模拟信号；氢氧分离器，包括：加热棒、薄膜调节阀、冷却水和恒温水系统；加热棒和薄膜调节阀控制电解槽进口水温，加热棒和冷却水和恒温水系统的功率与所述pem电解槽的功率相关。本发明技术方案，能够通过测试台架不断迭代优化数学模型，提高模型预测的准确度，达到在宽功率波动工况下温度控制的强鲁棒性。
1.一种pem电解槽测试台架，其特征在于，所述测试台架，包括：pem电解槽系统，开关电源，电压、电流传感器，温度传感器和氢氧分离器；
2.根据权利要求1所述的一种pem电解槽测试台架，其特征在于，所述冷却水和恒温水系统通过设置目标温度，保证进入所述pem电解槽的槽前温度恒定，经过所述pem电解槽后检测所述pem电解槽后温度，确定所述加热棒的加热温度。
3.根据权利要求1所述的一种pem电解槽测试台架，其特征在于，在所述pem电解槽的进口位置设置槽前温度传感器，在所述pem电解槽的出口位置设置槽后温度传感器。
4.根据权利要求1所述的一种pem电解槽测试台架，其特征在于，所述pem电解槽系统的管路及电解槽本体，设置用于减少外界热交换的保温材料包覆。
5.根据权利要求1至4任一项所述的一种pem电解槽测试台架，其特征在于，所述加热棒的温度可调，所述冷却水和恒温水系统的冷却水量通过所述薄膜调节阀实现0～100％的开度调节。
6.一种基于模型预测的温度控制方法，基于如权利要求5所述的一种pem电解槽测试台架，其特征在于，所述方法，包括：
7.根据权利要求6所述的一种基于模型预测的温度控制方法，其特征在于，设置pid控制算法，确定薄膜调节阀的开度指令，包括：
