[發(fā)明專利]一種電流源型PWM整流器電解水制氫系統(tǒng)及控制方法

在審

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• 申請日: 2021-01-22
• 公開（公告）號: CN112410801A
• 公開（公告）日: 2021-02-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 賀明智;陳茂林;孟鑫;楊成;王指香
• 申請（專利權(quán)）人: 四川大學(xué)
• 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(biāo)專利事務(wù)所 51213
• 代理人: 張秀敏

本發(fā)明公開了一種電流源型PWM整流器電解水制氫系統(tǒng)，其中交流微網(wǎng)與PWM整流器模塊連接，PWM整流器模塊與電解槽連接；監(jiān)測單元監(jiān)測電解槽中的氫氣產(chǎn)生量和電解槽溫度；電流采集單元測量流過電解槽的電流；模塊控制單元，連接三相電流源型PWM整流器模塊并與中央控制單元通過中央通信單元連接，接收中央控制單元下發(fā)的信息，同時(shí)上傳PWM整流器模塊的狀態(tài)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、PWM整流器模塊間均流控制、電解槽電流控制以及對電解槽水溫的控制。還公開了一種控制方法。通過并聯(lián)多個(gè)整流器模塊，實(shí)現(xiàn)恒流控制及功率因數(shù)控制，確保模塊間的電流均分，提高整個(gè)制氫系統(tǒng)的電源容量和功率因數(shù)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及可再生能源微網(wǎng)電解水制氫技術(shù)領(lǐng)域，具體的說，是一種電流源型PWM整流器電解水制氫系統(tǒng)及控制方法。

背景技術(shù)

能源是現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展與進(jìn)歩的基本物質(zhì)動(dòng)力。石油、煤炭等傳統(tǒng)化石燃料的大規(guī)模使用在一定的歷史時(shí)期對人類社會(huì)的發(fā)展起到了巨大的推動(dòng)作用，然而也產(chǎn)生了環(huán)境污染及存儲量日漸縮減的現(xiàn)實(shí)問題。考慮到社會(huì)與國民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要性，光伏、風(fēng)能等可再生新能源的高效、清潔發(fā)電技術(shù)得到大為支持與快速發(fā)展。但是規(guī)模化光伏或風(fēng)力發(fā)電集中并網(wǎng)，可能導(dǎo)致光伏或風(fēng)電可上網(wǎng)量與電網(wǎng)的接納量之間存在矛盾；另一方面，新能源發(fā)電并網(wǎng)對于其品質(zhì)本身有著較高的要求。導(dǎo)致無法盡數(shù)上網(wǎng)，出現(xiàn)大量棄風(fēng)、棄光現(xiàn)象。氫能具有密度小、導(dǎo)熱系數(shù)高、點(diǎn)燃快，儲值密度高、無污染、配置靈活、用途廣泛等特點(diǎn)。氫儲能作為一種新型的儲能方式，采用交流微網(wǎng)制氫的方式可解決規(guī)模化光伏或風(fēng)能發(fā)電對電網(wǎng)的影響，避免發(fā)電可維持性不高的問題。此外還可以通過合理的控制策略提高電網(wǎng)相關(guān)指標(biāo)。

傳統(tǒng)制氫電源多是由變壓器和晶閘管構(gòu)成的整流器，這種電源諧波大，控制復(fù)雜，易對交流微網(wǎng)的電能質(zhì)量和穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。并且當(dāng)晶閘管整流器出現(xiàn)故障時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)將無法正常工作。或者采用電壓源型PWM整流器，雖然可以提高功率因數(shù)、抑制諧波電流，但是容量較小，不易控制成適合制氫的恒流源，不適合大規(guī)模制氫生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種電流源型PWM整流器電解水制氫系統(tǒng)及控制方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中由變壓器和晶閘管構(gòu)成的整流器電源諧波大、控制復(fù)雜以及電壓源型PWM整流器容量較小，不易控制成適合制氫的恒流源，不適合大規(guī)模制氫生產(chǎn)的問題。

本發(fā)明通過下述技術(shù)方案解決上述問題：

一種電流源型PWM整流器電解水制氫系統(tǒng)，包括交流微網(wǎng)、三相電流源型PWM整流器裝置、控制單元、監(jiān)測單元、電流采集單元和電解槽，其中：

交流微網(wǎng)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(fù)極與電解槽的正負(fù)極連接；

監(jiān)測單元，用于監(jiān)測電解槽中的氫氣產(chǎn)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(cè)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(guān)管導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)序以實(shí)現(xiàn)交錯(cuò)工作；控制單元還用于故障保護(hù)。

通過上述單元組成的系統(tǒng)以及各單元的作用，解決了現(xiàn)有技術(shù)中由變壓器和晶閘管構(gòu)成的整流器電源諧波大、控制復(fù)雜以及電壓源型PWM整流器容量較小，不易控制成適合制氫的恒流源，不適合大規(guī)模制氫生產(chǎn)的問題。本制氫系統(tǒng)效率高、成本低；具有故障保護(hù)功能，具備高可靠性的優(yōu)點(diǎn)。