恒功率控制PEM制氢系统实时仿真

PEM 电解水制氢作为可再生能源消纳、绿氢制备的核心技术，依托质子交换膜实现低温高效电解水，是风光耦合制氢系统关键装备。

本篇基于 EasyGo 实时仿真器 EGBox Mini，针对采用恒功率控制的 PEM 电解制氢系统开展仿真试验，通过离线仿真+实时仿真双重校验 PEM 电化学模型准确性与功率闭环控制效果，验证了EasyGo 实时仿真平台在研发与教学场景中可替代实体电解槽完成系统性能测试。

一、恒功率PEM制氢系统

质子交换膜（Proton Exchange Membrane，简称PEM）是电解槽的核心部件，它允许质子从阳极传导到阴极，同时阻止电子和气体的直接通过，起到分离产物气体和绝缘电极的作用，使电解反应能够高效、稳定地进行。

PEM 电解槽利用直流电将水分解为氢气和氧气，如图。

PEM电解槽模型：模型输入为电流和电堆温度，输出包括总电压、制氢速率、制氧速率如图所示。

可调参数部分：PEM电解槽额定功率、最小功率、可逆电压Ur0、电极表面积S、欧姆电阻参数r1、欧姆电阻参数r2、电解槽过压参数kel、电解槽过压参数kt1、电解槽过压参数kt2、电解槽过压参数kt3、可逆电压温度系数k、电流效率参数km、电流效率参数kn，如图。

本篇利用 buck 电压电路来控制电解槽，系统拓扑结构如图：

控制部分采用恒功率：

二、离线仿真

在仿真软件中搭建完整拓扑与控制模型如下，设置变功率工况进行离线测试。

设置 PEM 功率在0.6秒时由300kW变到200kW，其等效负载的功率也跟随300kW变到200kW，如下图所示。

从波形可以看出：功率指令突变后，闭环控制器快速调节占空比，负载实际功率快速跟踪至200kW并保持稳定；伴随功率下降，输入电流减小，制氢、制氧速率同步降低。

三、EasyGo 实时仿真

EGBox Mini 产品系列是基于 CPU+FPGA 硬件架构设计的一体式紧凑型实时仿真产品，属于 EGBox 系列实时仿真器的入门级产品。其不同型号可完成硬件在环测试系统（HIL）或者快速控制原型系统（RCP）。将控制模型和拓扑模型分别通过仿真上位机部署进两个实时仿真器（EGBox Mini），整体架构如下图所示：

沿用离线测试条件：初始 300kW，0.6s 切换为 200kW，采集电压、电流、功率、产气速率实时波形。

可以看到：功率阶跃变化后，系统控制响应迅速，实际功耗平稳跟随设定值；槽电压、产氢产氧速率同步随功率下降，全程无振荡失稳，实时仿真波形趋势与离线仿真结果保持一致。

实验证明，EasyGo 实时仿真平台可精准复现恒功率控制PEM制氢系统动态过程，仿真结果准确可靠，可替代真实设备完成风光耦合制氢系统的前期算法调试与方案验证。

基于EasyGo实时仿真平台的恒功率控制PEM制氢系统实时仿真就分享到这里了，欢迎感兴趣的工程师们留言沟通。