[發明專利]大規模風電制氫系統仿真設計和并網運行控制方法

在審

• 申請號: 202211325156.8
• 申請日: 2022-10-27
• 公開（公告）號: CN115733176A
• 公開（公告）日: 2023-03-03
• 發明（設計）人: 苗雙林;葉華;裴瑋;張學;丁玉軍
• 申請（專利權）人: 中國科學院電工研究所
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02J3/46;H02J3/28;H02J3/32;H02J3/24;H02P21/22;H02P21/06;H02P9/30;C25B9/65;C25B1/04
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 江亞平

本發明公開一種大規模風電制氫系統仿真設計和并網運行控制方法。該系統中風機通過變流器連接到電網上，電網通過變壓器將電能送到制氫電源，制氫電源通過變流器給電解槽供電。該系統由風機本體、永磁同步電機、機側變流器、網側變流器，儲能裝置、制氫電源和電解槽等組成。控制器單元的控制策略包括電壓?電流雙閉環、功率?電流雙閉環控制，其中在儲能裝置并網控制器中附加dVOC振蕩器控制方式，采用構網控制逆變器，使得直流側呈現電壓源特性，增加對電壓的調節和提高系統受到干擾后的穩定性。本發明提出一種受控電流源等效方式來替代大容量的數百臺風機建模和電解槽單元建模，減小模型搭建工作量并且提高仿真計算速度。

技術領域

本發明屬于新能源領域的風電制氫運行控制技術領域，具體涉及一種大規模風電制氫系統仿真設計和并網運行控制方法。

背景技術

氫能的發展具有戰略意義，在雙碳背景下未來交通、建筑、以及大部分工業部門都需要依靠氫能實現深度脫碳。中國電力以火電為主，采用火電電網供電電解制氫的碳排放度高于化石燃料制氫方式，采用電解水制氫應選取光伏、風電等可再生能源作為電力供應來源。

然而新能源發電取代了基于同步發電機的化石能源發電，由于風能具有隨機性和間歇性，大規模風電場對于電力系統的穩定性造成一定影響，導致系統的慣性和工頻響應能力降低，隨著系統中負荷的變化威脅系統頻率穩定，并且隨著系統受到大擾動的情況下，很有可能造成整個系統失去穩定性；另外新能源發電的隨機性和間歇性也將增加系統的有功不平衡，造成持續的頻率偏差，所以本發明提出對風力發電機并網出口側增加儲能裝置，并且采用具有同步發電機特性的控制方法，實現構網控制逆變器，放棄原本鎖相環跟蹤上網點相角帶來的電流源特性，將控制目標改為電壓幅值和相角，使得分布式電源對電網輸出呈現電壓源特性，具有同步發電機特性和維持電網功率平衡穩定電壓，調節頻率的效果。

發明內容

為克服新能源發電制氫所帶來的問題，本發明提供一種大規模風電制氫系統仿真設計和并網運行控制方法其通制氫系統動態模型、電力電子電路模型、儲能裝置模塊和變換器控制模塊實現風電制氫系統的仿真設計和并網運行控制。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案如下：

一種大規模風電制氫系統仿真設計和并網運行控制方法，所述大規模風電制氫系統包括風機，永磁同步電機，AC-DC-AC變流器，濾波器，變壓器，電解槽，制氫電源，儲能裝置和模擬大電網；通過所述風機帶動永磁同步電機將風能轉化為交流電進行發電，AC-DC-AC變流器將交流電轉化為直流電再轉化為交流電進行并網運行；電能經過變壓器傳送到制氫電源，交流電通過AC-DC變流器，用直流電給電解槽供電制造氫氣；將所述儲能裝置接在風機并網出口側，通過AC-DC變流器向儲能裝置充電。

進一步地，所述風力發電機側的AC-DC變流器根據風機本體風速v、風機轉速ω_r、風機葉片半徑r、葉尖速比λ的關系，得到參考風機轉速w_ref，其當做永磁同步發電機轉速的參考，形成變流器控制策略的轉速環，對交流側電流經過Park變換后的q軸上的電流i_q形成參考信號；

式中，P_e為永磁同步電機輸出功率；P_m風機捕獲的機械功率；C_p風能利用系數；β是槳距角；是葉尖速比；ρ空氣密度；R風輪半徑；V是風速；i_sd，i_sq為交流側dq軸電流分量；ψ_f為電機磁鏈，L_d、L_q為電機電感的dq軸分量，ω為角頻率，N是齒輪箱變比，ω_r是風機的轉速，v是風速；