PEM（質子交換膜）電解槽作為制氫領域的核心設備，其模型的準確性和可靠性對于制氫系統的設計、運行和優化至關重要。本文通過離線仿真和實時仿真兩種方式，對EasyGo PEM 電解槽模型在直流接入模式的可行性進行全面驗證，可為PEM電解槽的實際應用提供理論和實踐依據。

一、EasyGo PEM 電解槽模型

質子交換膜（Proton Exchange Membrane，簡稱PEM）是電解槽的核心部件，起到分離產物氣體和絕緣電極的作用。

PEM 電解槽利用直流電將水分解為氫氣和氧氣，EasyGo PEM電解槽模型輸入部分為功率和負載電壓，輸出包括總電壓、總電流、制氫速率、制氫效率以及制氧速率，如圖所示。

模型封裝參數分為：可調參數和 PEM 電解槽單個電解小室系統參數。

PEM 電解槽單個電解小室系統參數，如下表所示。

二、仿真驗證

本文中我們分別用離線模型驗證、實時仿真驗證兩種方式驗證了該 PEM 電解槽模塊在直流接入模式的可行性，具體驗證詳情如下。

1、直流接入模式

直流接入模式是指 PEM 模塊開放直流接口接入系統拓撲。該模式主要考慮電力電子拓撲中細節控制方面的變化。因此，要在PEM等效負載接入拓撲時，保證該負載每個時刻消耗的電壓、電流與設定值一致。

其拓撲為 AC/DC-DC/DC 型拓撲，如下圖所示：

拓撲中，PEM 等效負載以受控電流源的形式接入，受控電流為PEM模塊實時計算出來的實際消耗電流。藍色部分為AC/DC，綠色部分為DC/DC。

AC/DC 通過整流將網側交流電壓轉換成直流電壓，接著通過DC/DC拓撲，將PEM等效負載的電壓控制在PEM模塊實時計算出來的實際消耗電壓值附近，從而形成閉環。

其具體算法如下圖所示：

2、離線仿真

給定 PEM 隨機功率，等效負載處的電流由PEM模塊計算實時給出，我們只需觀察等效負載的電壓與PEM模塊輸出的電壓是否一致。

如圖所示，當給定值為 5MW時，PEM模塊計算出的實時電壓與測量值相同（重合）；在5.2秒左右將給定值調整為8MW，測量值也能很快跟隨。

3、實時仿真

PXIBox是基于PXI總線架構硬件平臺的實時仿真產品系列，采用新款多核實時CPU+多FPGA硬件架構，既可以做快速原型控制應用，又可以做硬件在環測試，也可以同時一機多用。

將控制模型和拓撲模型分別通過仿真上位機（EasyGo DeskSim）部署到實時仿真器（PXIBox），整體架構如下圖所示：

以下分別為 PEM 設定值為3MW和10MW時的實時仿真波形，均能穩定運行。

可以看到，通過任意修改 PEM 模塊的設定值，其等效負載端的電壓電流都能穩定跟隨PEM模塊，驗證通過。

通過對直流接入模式的離線驗證及實時仿真驗證可知，EasyGo PEM 電解槽模塊能實現設定值與實際運行參數的穩定跟隨，驗證結果表明該PEM電解槽模塊在直流接入模式下具有可行性。

EasyGo PEM 電解槽模型可為PEM電解槽在制氫領域的實際應用提供堅實的模型基礎和可靠的技術支持，有助于推動制氫技術的發展和應用，為清潔能源的開發和利用提供有力保障。