[發(fā)明專利]非并網(wǎng)風電電解水制氫系統(tǒng)的協(xié)同控制方法

有效

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• 申請日: 2019-10-23
• 公開（公告）號: CN110635510B
• 公開（公告）日: 2021-01-26
• 發(fā)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(quán)）人: 河北工業(yè)大學
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38
• 代理公司: 北京奧文知識產(chǎn)權(quán)代理事務所(普通合伙) 11534
• 代理人: 張文

本發(fā)明公開了一種非并網(wǎng)風電電解水制氫系統(tǒng)及其協(xié)同控制方法，所述系統(tǒng)包括：風力發(fā)電機組，準Z源變流裝置、直流母線、制氫裝置和控制單元；風力發(fā)電機組中每個風力發(fā)電機通過一個對應的準Z源變流裝置與直流母線連接；制氫裝置與直流母線連接，制氫裝置包括n個并聯(lián)支路，每個并聯(lián)支路上有m個串聯(lián)的制氫單元，每個制氫單元包括多個電解槽，每個并聯(lián)支路上串聯(lián)有一個支路開關(guān)，每個制氫單元并聯(lián)有一個功率開關(guān)。控制單元用于監(jiān)控風力發(fā)電機組的運行狀態(tài)、調(diào)整直流母線的電壓等級、控制支路開關(guān)和功率開關(guān)的啟閉。本發(fā)明的非并網(wǎng)風電電解水制氫系統(tǒng)及其協(xié)同控制方法，可以保證制氫過程中源端和荷端的適配性，提高制氫效率，降低生產(chǎn)成本。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電解水技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種非并網(wǎng)風電電解水制氫系統(tǒng)及其協(xié)同控制方法。

背景技術(shù)

非并網(wǎng)風電技術(shù)是一種直接將風電應用于高耗能產(chǎn)業(yè)的風力發(fā)電技術(shù)，可有效地應對風電本身的間歇性、波動性等問題對電網(wǎng)的影響。非并網(wǎng)風電+電解水制氫構(gòu)成的非并網(wǎng)風電制氫，實現(xiàn)了“風能-電能-氫能”的綠色能源轉(zhuǎn)化，加之氫能的使用完全做到零碳排放、零污染，形成100％可再生能源循環(huán)體系。

現(xiàn)有技術(shù)提供的非并網(wǎng)風電電解水制氫系統(tǒng)中，風力發(fā)電機組通過AC/DC整流模塊與直流母線連接，直流母線與制氫裝置連接。風力發(fā)電機組將風能轉(zhuǎn)化為交流電，經(jīng)AC/DC整流模塊整流后向直流母線輸送直流電，用制氫裝置供能，由制氫裝置進行電解水制氫，將電能轉(zhuǎn)換為氫能。

發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)至少存在以下問題：由于風電的間歇性和波動性，風電獨立供電不穩(wěn)定，進而導致制氫裝置效率較低，生產(chǎn)成本提高。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種非并網(wǎng)風電電解水制氫系統(tǒng)及其協(xié)同控制方法。具體技術(shù)方案如下：

第一方面，提供了一種非并網(wǎng)風電電解水制氫系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：風力發(fā)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(fā)電機組包括多個風力發(fā)電機，每個所述風力發(fā)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(lián)支路，每個并聯(lián)支路上有m個串聯(lián)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(lián)支路上串聯(lián)有一個支路開關(guān)，每個所述制氫單元并聯(lián)有一個功率開關(guān)，所述功率開關(guān)閉合時，所述功率開關(guān)對應的制氫單元短路；所述控制單元分別與所述風力發(fā)電機組、所述準Z源變流裝置、所述支路開關(guān)和所述功率開關(guān)連接，用于監(jiān)控所述風力發(fā)電機組的運行狀態(tài)、調(diào)整所述直流母線的電壓等級、控制所述支路開關(guān)和所述功率開關(guān)的啟閉。

可選地，公共交流電網(wǎng)通過AC/DC整流裝置連接至所述直流母線。

可選地，所述控制單元包括控制層和決策層，所述控制層，用于監(jiān)控所述風力發(fā)電機組和所述制氫裝置的運行狀態(tài)，并上傳至所述決策層；所述決策層，用于根據(jù)所述風力發(fā)電機組和所述制氫裝置的運行狀態(tài)，進行功率匹配和劃分，向所述控制層發(fā)出調(diào)控指令；所述控制層，還用于根據(jù)所述調(diào)控指令，調(diào)節(jié)每個所述風力發(fā)電機的工況、所述直流母線的電壓等級和所述制氫裝置中所述制氫單元的接入量。

第二方面，提供了一種非并網(wǎng)風電電解水制氫系統(tǒng)的協(xié)同控制方法，所述方法包括：

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

控制模塊根據(jù)功率偏差調(diào)節(jié)制氫裝置中制氫單元的接入量，并根據(jù)制氫單元的接入量調(diào)整直流母線的電壓，使荷端功率與源端功率相適配，

根據(jù)下式公式獲取源端功率和荷端功率的功率偏差：