[發明專利]非并網風電電解水制氫系統的協同控制方法

有效

• 申請號: 201911009356.0
• 申請日: 2019-10-23
• 公開（公告）號: CN110635510B
• 公開（公告）日: 2021-01-26
• 發明（設計）人: 荊鍇;劉暢;林夏萍;孫鶴旭;董硯;雷兆明;劉斌
• 申請（專利權）人: 河北工業大學
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38
• 代理公司: 北京奧文知識產權代理事務所(普通合伙) 11534
• 代理人: 張文

1.一種非并網風電電解水制氫系統的協同控制方法，所述非并網風電電解水制氫系統包括風力發電機組、準Z源變流裝置、直流母線、制氫裝置和控制單元；所述風力發電機組包括多個風力發電機，每個所述風力發電機通過一個對應的所述準Z源變流裝置與所述直流母線連接；所述制氫裝置與所述直流母線連接，所述制氫裝置包括n個并聯支路，每個并聯支路上有m個串聯的制氫單元，每個所述制氫單元包括多個電解槽，每個所述并聯支路上串聯有一個支路開關，每個所述制氫單元并聯有一個功率開關，所述功率開關閉合時，所述功率開關對應的制氫單元短路；所述控制單元分別與所述風力發電機組、所述準Z源變流裝置、所述支路開關和所述功率開關連接，所述方法包括：

控制單元監測風力發電機組和制氫裝置的運行狀態，獲取源端功率和荷端功率的功率偏差，源端功率為風力發電機組的發電功率，荷端功率為制氫裝置的額定制氫功率；

控制單元根據功率偏差調節制氫裝置中制氫單元的接入量，并根據制氫單元的接入量調整直流母線的電壓，使荷端功率與源端功率相適配，

其特征在于，根據下式公式獲取源端功率和荷端功率的功率偏差：

式中，ΔP為源端功率和荷端功率的功率偏差，

P_wi為第i臺風力發電機的輸出功率，

m₁、n₁分別為實際工作的制氫單元的串聯數和并聯支路數，m₁≤m，n₁≤n，

P_cell為每個制氫單元的額定容量；

若ΔP≤-β，對稱地按行或按列減少制氫單元的接入量，并根據串聯支路上的制氫單元的數量調節直流母線電壓；

若ΔP≥γ，對稱地按行或按列增加制氫單元的接入量，并根據串聯支路上的制氫單元的數量調節直流母線電壓；

其中，-β為功率偏差下閾值，γ為功率偏差上閾值，在每個制氫單元額定電壓下的工作區間P為P_cell-p₁≤P≤P_cell+p₂的情況下，對于m₁×n₁的制氫負載，通過下述公式獲得功率偏差上下閾值γ和-β：

2.根據權利要求1所述的非并網風電電解水制氫系統的協同控制方法，其特征在于，源端功率低至預設閾值時，將制氫裝置中的全部制氫單元接入，由公共交流電網供電使全部制氫單元工作于維持電壓。

3.根據權利要求1所述的非并網風電電解水制氫系統的協同控制方法，其特征在于，減少或增加制氫單元的接入量時，優先在每條接入的并聯支路中切除或添加相同數量的制氫單元。

4.根據權利要求1所述的非并網風電電解水制氫系統的協同控制方法，其特征在于，用于控制準Z源變流裝置的準Z源變流裝置控制器以功率環作為外環，跟蹤風力發電機的功率，并具有前饋解耦控制的電流內環控制，實現電流的動態解耦控制。

5.根據權利要求1或4所述的非并網風電電解水制氫系統的協同控制方法，其特征在于，控制單元根據每個風力發電機的功率給定和直流母線的電壓給定，通過前饋控制，調節直通占空比，跟蹤控制直流母線的電壓。