[發明專利]一種交流耦合離網風電制氫系統控制方法

在審

• 申請號: 202210925690.6
• 申請日: 2022-08-03
• 公開（公告）號: CN115149552A
• 公開（公告）日: 2022-10-04
• 發明（設計）人: 張文原;魏顯安;何適;劉堯;華偉
• 申請（專利權）人: 中國電力工程顧問集團東北電力設計院有限公司
• 主分類號: H02J3/28
• 分類號: H02J3/28;H02J3/32;H02J3/18;H02J15/00
• 代理公司: 長春眾益專利商標事務所(普通合伙) 22211
• 代理人: 李文萍

本發明提供一種交流耦合離網風電制氫系統控制方法，利用源荷互動的交叉啟動方式，最大化地利用了現有儲能系統容量，保證系統功能正常的同時，大大減少了離網啟動階段系統對于儲能系統瞬時功率值的要求，由此減少離網風電制氫系統對于儲能系統配置的要求；通過兩套PCS進行電壓源控制及電流源控制的輪值切換，有效保證了在構網PCS配置滿足系統最小要求的前提下，仍有一部分PCS采用直接PQ控制方式，進而更加主動、快速、精準、寬范圍地平抑風功率高頻波動，減弱供電隨機性。

技術領域

本發明涉及可再生能源電解水制氫技術領域，尤其是涉及一種交流耦合離網風電制氫系統控制方法。

背景技術

可再生能源電解水制氫技術能夠將綠電轉化為綠氫，是一種理想的能源轉換方式。特別地，離網風電制氫技術能夠有效利用偏遠地區風力資源，徹底避免風電對電網的影響，且節省了輸線路成本，具有重要的研究價值。然而，目前的離網風電制氫技術存在諸多問題：

(1)由于缺少主電網的支撐，離網風電制氫系統通常需要配置較大容量的電化學儲能系統，用于建立微電網電壓、頻率，并且在啟動、運行階段對系統的功率偏差進行迅速響應、削峰填谷。然而，電化學儲能系統具有極高的成本，導致系統整體經濟效益降低。

(2)主流的離網風電制氫系統采用直流耦合結構，這要求對風電機組的輸出側進行全功率整流，因此通常采用成本較高的永磁式風電機組，并直接將風機全功率變流器的直流環節作為最終輸出，此種結構需要對現有永磁式風電機組變流系統進行針對性改造，進一步增加成本，且改變了常規風電場的原有構架。

(3)若采用雙饋式風電機組，為了實現離網狀態下對機組的勵磁、啟動、并網，通常采用在雙饋式風電機組的交直交變流器的直流環節上并聯儲能柜的方式，同樣需要對現有風電機組變流系統進行改造，增加了成本和控制難度。

發明內容

本發明旨在解決離網風電制氫系統對儲能系統配置要求過高、以及現有技術對常規風電場結構改造大、研發設計成本高等問題，本發明公開一種交流耦合的離網風電制氫系統及其控制方法，能夠有效利用常規風電場原有結構，且通過本發明的控制方法，有效減少對儲能系統的配置要求，降低了成本，提升了運行穩定性。

為實現上述發明目的，本發明提供一種交流耦合的離網風電制氫系統控制方法，所述離網風電制氫系統包括：含有多臺風電機組的風電場(1)、含有多臺電解水制氫設備的制氫系統(2)、電化學儲能系統(3)、公共交流母線(4)、 SVG設備(5)；交流耦合的離網風電制氫系統配置公共交流母線(4)，所述電化學儲能系統(3)包括PCS，風電機組、制氫設備、PCS、SVG設備(5)均通過各自的升壓變壓器(7)高壓側連接至公共交流母線。所述離網風電制氫系統連接微網控制器。

所述風電場(1)包括風電機組、風功率預測系統，風功率預測系統用于進行短期功率預測，并將數據傳輸至微網控制器。

所述制氫系統(2)包含多臺并聯的電解水制氫設備、制氫控制單元，制氫控制單元與分別與每臺電解水制氫設備連接。

所述電化學儲能系統(3)還包含蓄電池組、EMS和BMS，所述電化學儲能系統用作啟動電源，通過儲能系統的下垂控制實現微電網電壓頻率的建立，進而支持各設備啟動；啟動過程中，儲能系統瞬時充、放電功率不超過單臺風電機組額定功率Pn與單臺制氫設備冷啟動需求功率Pcold中的最大值。

所述微網控制器用于逐臺啟動風機、逐臺冷啟動制氫設備，用于主動控制制氫設備運行功率點跟蹤風電輸出功率變化，采取MPPT控制。

所述SVG設備(5)用于在啟動及運行過程中補充系統無功功率偏差，維持無功功率平衡。

交流耦合的離網風電制氫系統控制方法包括以下步驟：

步驟一：風功率預測系統進行短期功率預測，判斷未來4h平均風功率水平高于制氫系統最小運行功率值時，系統進入啟動流程。