[發(fā)明專利]一種光伏電解水制氫系統(tǒng)及控制方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010658869.0
• 申請日: 2020-07-09
• 公開（公告）號: CN111697628A
• 公開（公告）日: 2020-09-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張雷;李海東
• 申請（專利權(quán)）人: 北京雷動智創(chuàng)科技有限公司
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02M3/158;H02H7/12;C25B9/04;C25B1/04;C25B15/02
• 代理公司: 北京久維律師事務(wù)所 11582
• 代理人: 邢江峰

本發(fā)明專利公開了一種光伏電解水制氫系統(tǒng)及控制方法，包括光伏電池組件、三電平制氫電源、電解槽、監(jiān)測單元、氫氣純化單元、供水循環(huán)單元、控制單元。本發(fā)明專利光伏電池組件直接接入制氫電源，制氫電源實(shí)現(xiàn)光伏組件的最大功率跟蹤控制，并能夠?qū)崿F(xiàn)電解槽的電流控制；制氫電源采用基于飛跨電容的三電平拓?fù)洌軌蛱岣吖ぷ麟妷旱燃墸ㄟ^并聯(lián)使用，可以提高電解水的功率等級。本發(fā)明專利能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模光伏離網(wǎng)制氫，具有轉(zhuǎn)換效率高、功率大的特點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)發(fā)明專利涉及一種光伏電解水制氫系統(tǒng)及控制方法，特別涉及光伏電解水制氫領(lǐng)域。

背景技術(shù)

光伏發(fā)電行業(yè)發(fā)展迅速，在發(fā)全國發(fā)電量的占比逐年提高，光伏發(fā)電消納問題凸顯，電解水制氫是解決消納問題的途徑之一。傳統(tǒng)制氫電源多是由變壓器和晶閘管構(gòu)成的整流器，這種電源適用于交流電網(wǎng)制氫，無法用于光伏直接制氫。為了實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電大規(guī)模低成本制氫，本發(fā)明專利提出了一種基于飛跨電容三電平拓?fù)涞闹茪潆娫吹墓夥娊馑茪湎到y(tǒng)及控制方法，可以有效提高電源的額定電壓等級，采用常規(guī)1200V耐壓的IGBT功率器件輸入電壓即可達(dá)到1500V，適用于1500V光伏發(fā)電系統(tǒng)的直接接入，同時(shí)制氫電源由多個(gè)三電平支路交錯(cuò)并聯(lián)組成，提高電源的功率等級。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，提供一種高效率、低成本的大功率光伏電解水制氫系統(tǒng)及控制方法。

本發(fā)明所述的一種光伏電解水制氫系統(tǒng)由光伏電池組件、三電平制氫電源、電解槽、監(jiān)測單元、氫氣純化單元、供水循環(huán)單元、控制單元組成；所述控制方法包括光伏組件最大功率跟蹤(MPPT)控制、電解槽電流控制以及對電解水制氫流程的控制。

所述光伏電解水制氫系統(tǒng)的三電平制氫電源為飛跨電容三電平DC/DC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，由多個(gè)三電平電路并聯(lián)構(gòu)成，且多個(gè)電路直接的開關(guān)管移相交錯(cuò)開通。所述的三電平制氫電源具備飛跨電容的預(yù)充電電路，預(yù)充電電路與三電平電路最下面開關(guān)管配合完成對飛跨電容的預(yù)充電。

所述光伏電解水制氫系統(tǒng)的控制單元采用DSP(數(shù)字信號處理器)作為控制芯片，控制模塊給定三電平交錯(cuò)并聯(lián)DC/DC模塊的控制電流，并控制開關(guān)管導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)序以實(shí)現(xiàn)交錯(cuò)工作；控制單元還具備故障保護(hù)功能，所述的故障保護(hù)包括過電流故障、過電壓故障、欠電壓故障，控制單元還控制純化裝置啟動停止。

所述光伏電解水制氫系統(tǒng)的監(jiān)測單元采用氫氣傳感器監(jiān)測氫氣是否有泄露，采用括溫度和濕度傳感器監(jiān)測環(huán)境溫度和濕度。

所述光伏電解水制氫系統(tǒng)控制方法，包括最大功率跟蹤(MPPT)控制、電解槽電流控制以及對純化系統(tǒng)的控制。最大功率跟蹤控制采用爬坡法，通過制氫電源增加在制氫電源中實(shí)現(xiàn)MPPT控制，無需額外的光伏逆變器或MPPT控制器；電解槽電流控制是在滿足電解槽啟動特性和最大電流限定條件下按光伏組件MPPT控制所輸出的電流；所述控制方法還包括了制氫電源的預(yù)充電控制，先給母線電容預(yù)充電，母線電容預(yù)充電完成后再閉合飛跨電容預(yù)充電接觸器同時(shí)開通每個(gè)三電平支路最下面一個(gè)開關(guān)管，當(dāng)飛跨電容充電電壓達(dá)到1/2母線電壓時(shí)，斷開飛跨電容預(yù)充電接觸器和最下面一個(gè)開關(guān)管

本發(fā)明專利提供的一種光伏電解水制氫系統(tǒng)及控制方法，通過上述結(jié)構(gòu)及其作用，針對光伏發(fā)電直接電解水制氫可以實(shí)現(xiàn)高效率、低成本、高功率等級的特征。

附圖說明

圖1光伏電解水制氫系統(tǒng)圖

圖2基于飛跨電容三電平制氫電源原理圖

圖3飛跨電容充電示意圖

圖4光伏電解水制氫系統(tǒng)控制方法流程圖

圖5三電平制氫電源電流控制流程圖

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式進(jìn)一步說明本發(fā)明。