[發明專利]一種電流源型PWM整流器電解水制氫系統及控制方法

在審

• 申請號: 202110089016.4
• 申請日: 2021-01-22
• 公開（公告）號: CN112410801A
• 公開（公告）日: 2021-02-26
• 發明（設計）人: 賀明智;陳茂林;孟鑫;楊成;王指香
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: C25B1/04
• 分類號: C25B1/04;C25B9/65;C25B15/023;C25B15/027;H02M7/217;H02M7/219;H02J1/10;H02J5/00
• 代理公司: 四川省成都市天策商標專利事務所 51213
• 代理人: 張秀敏

1.一種電流源型PWM整流器電解水制氫系統，其特征在于，包括交流微網、三相電流源型PWM整流器裝置、控制單元、監測單元、電流采集單元和電解槽，其中：

交流微網的三相輸出與三相電流源型PWM整流器裝置的三相交流母線連接，三相電流源型PWM整流器裝置的直流母線正負極與電解槽的正負極連接；

監測單元，用于監測電解槽中的氫氣產生量和電解槽溫度，并傳遞給控制單元；

電流采集單元，用于采集三相電流源型PWM整流器裝置的交流側電流和測量流過電解槽的電流并傳遞給控制單元；

控制單元，用于電解槽的電流控制和水溫控制，并控制三相電流源型PWM整流器裝置的開關管導通和關斷時序以實現交錯工作；控制單元還用于故障保護。

2.根據權利要求1所述的一種電流源型PWM整流器電解水制氫系統，其特征在于，所述三相電流源型PWM整流器裝置為并聯的多個三相電流源型PWM整流器模塊，所述控制單元包括中央控制單元和多個模塊控制單元，每個模塊控制單元分別連接一個三相電流源型PWM整流器模塊并與中央控制單元通信連接，模塊控制單元用于控制三相電流源型PWM整流器模塊的導通和關斷時序以實現交錯工作、用于控制三相電流源型PWM整流器模塊的輸出電流和功率因數以及用于故障保護；并接收中央控制單元下發的信息，同時上傳三相電流源型PWM整流器模塊的狀態信息給中央控制單元；中央控制單元，用于電解槽的電流控制、三相電流源型PWM整流器模塊間均流控制以及對電解槽水溫的控制。

3.根據權利要求2所述的一種電流源型PWM整流器電解水制氫系統，其特征在于，所述三相電流源型PWM整流器模塊包括LC濾波器、IGBT全控型整流橋臂和直流電感濾波器，LC濾波器的下游連接到IGBT全控型整流橋臂，IGBT全控型整流橋臂再與直流電感濾波器連接，組成LC型濾波三相電流型PWM整流器的功率電路；LC濾波器的上游通過并網開關與交流母線相連，直流電感濾波器下游通過并聯開關Si連接到直流母線；LC濾波器的電容C并聯有電壓傳感器，LC濾波器的電感L與電容C之間連接所述電流采集單元的交流電流傳感器，直流電感濾波器和并聯開關Si之間連接所述電流采集單元的直流電流傳感器。

4.根據權利要求3所述的一種電流源型PWM整流器電解水制氫系統，其特征在于，所述模塊控制單元包括直流電流控制器、鎖相環、交流電流控制器、限流算法模塊以及PWM脈沖生成單元，其中：

直流電流控制器，與直流電流傳感器連接，將采集的直流輸出采樣電流以及中央控制單元下發的參考值作為輸入，計算得到直流側控制量I^*；

鎖相環，與所述交流電壓傳感器連接，對交流電壓進行鎖相，得到交流輸入電壓的相位θ，并輸入交流電流控制器；

交流電流控制器，與所述交流電流傳感器連接，將采集的交流輸入電流和相位θ計算得到交流側控制量i_s；

限流算法模塊，根據三相電流源型PWM整流器模塊的特性和啟動電流變化率給出最大電流限制，以及將交流側控制量i_s與直流側控制量I^*相加得到總控制量i_s^*，將總控制量i_s^*作為PWM脈沖生成單元的輸入；

PWM脈沖生成單元，根據三相電流源型PWM整流器模塊輸出的恒定電流跟隨電流指令值計算三相電流源型PWM整流器模塊中支路開關管的開通時序，調制后得到PWM脈沖，PWM脈沖經二、三值邏輯轉換后控制支路開關管的通斷，三相電流源型PWM整流器模塊開始工作，隨著給定電流的慢慢升高，三相電流源型PWM整流器模塊平穩啟動。

5.根據權利要求2所述的一種電流源型PWM整流器電解水制氫系統，其特征在于，所述模塊控制單元采用直接電流控制法控制三相電流源型PWM整流器模塊的輸出電流，采用同步法控制功率因數，使模塊參考電流同步跟蹤電網電壓。

6.根據權利要求2所述的一種電流源型PWM整流器電解水制氫系統，其特征在于，所述中央控制單元采用主從均流法控制三相電流源型PWM整流器模塊間的均流，各個三相電流源型PWM整流器模塊接收中央控制單元給定的參考值進行均流調節。