本发明专利技术公开了一种风-氢-水-电混合能源系统拓扑结构及其控制方法。先建立基于永磁同步风力发电机、储水罐、电解池、燃料电池和负荷的风-氢-水-电混合能源系统拓扑结构；永磁同步风力发电机并网运行，系统在风电并网发电运行模式或者盈余风电制氢运行模式下工作，并利用中央控制器实现其稳定控制；永磁同步风力发电机离网运行，系统在弃风制氢运行模式或者燃料电池发电运行模式下工作，并利用中央控制器实现其稳定控制。本发明专利技术可减少风能的浪费，提高弃风利用能力；提高并网电能的电能质量，减小电网中的谐波污染；提高能源的综合利用效率，实现风能、氢能、水和电能的能源互补运行能力。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术设及了一种能源系统及其方法，尤其是设及了一种风-氨-水-电混合能 源系统拓扑结构及其控制方法，提高能源利用效率。
技术介绍
传统能源的逐渐枯竭W及环境污染的日益加剧已严重威胁着人类的可持续发展， 因此，可再生能源的并离网发电成为全球争相研究的热点。风能作为一种可再生能源，因其 储量丰富、清洁环保、便于规模化开发等优点受到广泛关注。然而，由于风能具有间歇性和 波动性，当风速发生变化时，风电机组输出的功率也随之变化，从而影响电网的电能质量， 因而必须将运些风电切出电网，而运又会造成风能的浪费。此外，由于风力发电的供给和需 求很难协调，不利于实现灵活的电能调度，使得风力发电的年有效利用小时数远远不及常 规发电厂，且维持电网稳定运行的能力十分有限。因此，风电一直被认为是一种垃圾电。为 推进风电的大规模应用，解决电网对风电的消纳问题，必须发展含有储能系统的新型风力 发电系统，W便在风电富余时将多余电能储存，在风电质量较差或不足时，将存储的电能供 给重要负荷。 储能系统可W有多种选择，如抽水蓄能、飞轮储能、蓄电池、超级电容器等。其中， 基于质子交换膜电解池的氨储能系统因其循环利用、清洁环保等特点而具有较高的应用前 景。随着技术的不断进步和示范工程的广泛开展，为W氨能形式存储多余风电并在必要时 通过燃料电池发电的混合发电系统的实现提供了可能。然而，如何进行风电机组、水电解池 和燃料电池组成的协调控制，从而实现风能的高效利用，提升风电并网质量还有待研究。 因此，现有技术中缺少实现风-氨-水-电混合能源系统的拓扑结构及其协调控 制方法，能有效提高能源综合利用效率和并网电能质量。
技术实现思路
阳〇化]为解决上述问题，本专利技术提出一种风-氨-水-电混合能源系统拓扑结构及其控 制方法，提高能源利用效率，W达到减少风能的浪费，提高并网电能的电能质量，提高能源 的综合利用效率，实现风能、氨能、水和电能的能源互补运行能力的目的。 本专利技术的技术方案采用如下步骤： 一、一种风-氨-水-电混合能源系统拓扑结构，如图1所示： 包括永磁同步风力发电机、储水罐、电解池、燃料电池和负荷； 包括进行风力发电的永磁同步风力发电机，永磁同步风力发电机经背靠背双PWM 变流器输出，背靠背双PWM变流器输出端经总控制开关连接电网； 阳010] 包括用于接收永磁同步风力发电机产生电能进行电解的电解池，背靠背双PWM变 流器输出端依次经电解池控制开关、电解池整流器后连接到电解池； 包括用于氨气和氧气反应合成电能的燃料电池，电解池输出的氨气存储罐和氧气 存储罐均输入到燃料电池，燃料电池输出端依次经燃料电池逆变器、燃料电池控制开关连 接负荷； 包括协调控制永磁同步风力发电机、电解池和燃料电池之间运行的中央控制器， 中央控制器分别连接永磁同步风力发电机、电解池、燃料电池、总控制开关、电解池控制开 关和燃料电池控制开关。 所述的步骤1)中的永磁同步风力发电机由风力机与永磁同步发电机组成，所述 的电解池为质子交换膜电解池，所述的燃料电池为质子交换膜燃料电池，所述的负荷为电 阻型S相交流负荷。 二、一种风-氨-水-电混合能源系统控制方法，包括： 构建所述风-氨-水-电混合能源系统； 当永磁同步风力发电机输出电能质量和电量满足电网要求时，永磁同步风力发电 机并网运行，永磁同步风力发电机进行发电并对电网供电，系统在风电并网发电运行模式 或者盈余风电制氨运行模式下工作并利用中央控制器实现对应模式下永磁同步风力发电 机和电解池的协调控制； 当永磁同步风力发电机输出电能质量和电量不满足电网要求时，永磁同步风力发 电机离网运行，永磁同步风力发电机进行发电对电解池供电，系统在弃风制氨运行模式或 者燃料电池发电运行模式下工作并利用中央控制器实现对应模式下永磁同步风力发电机 和电解池、燃料电池的协调控制。 当所述永磁同步风力发电机的发电量相对于电网不存在多余风电，则系统采用风 电并网发电运行模式并利用中央控制器实现该模式下永磁同步风力发电机和电解池的协 调控制。 当所述永磁同步风力发电机的发电量相对于电网存在多余风电，则系统采用盈余 风电制氨运行模式并利用中央控制器实现该模式下永磁同步风力发电机和电解池的协调 控制。 当风速满足所述永磁同步风力发电机的启动条件，则永磁同步风力发电机工作， 系统采用弃风制氨运行模式并利用中央控制器实现该模式下永磁同步风力发电机、燃料电 池和电解池的协调控制。 当风速不满足所述永磁同步风力发电机的启动条件，则永磁同步风力发电机不工 作，系统采用燃料电池发电运行模式并利用中央控制器实现该模式下燃料电池和电解池的 协调控制。 所述的风电并网发电运行模式具体为：永磁同步风力发电机进行发电并输出电能 对电网供电，永磁同步风力发电机不向电解池供电，电解池和燃料电池不工作；永磁同步风 力发电机采用定子磁链定向矢量控制方法和电网电压矢量控制方法分别进行励磁电流和 输出电流的控制，总控制开关导通，电解池控制开关和燃料电池控制开关关断。 所述的盈余风电制氨运行模式具体为： 永磁同步风力发电机输出电能质量和电量不仅满足电网要求，而且还存在多余风 电，永磁同步风力发电机进行发电并输出电能向电网和电解池供电，利用电解池将永磁同 步风力发电机相对于电网供电的多余输出电能将水转换为氨气和氧气存储，可实现弃风存 储并在需要时转换为电能，燃料电池不工作；永磁同步风力发电机采用定子磁链定向矢量 控制方法和电网电压矢量控制方法分别进行励磁电流和输出电流的控制，电解池采用电网 电压矢量控制方法控制输入电流，总控制开关和电解池控制开关导通，燃料电池控制开关 关断。所述的弃风制氨运行模式具体为：永磁同步风力发电机进行发电并输出电能向电 解池供电，利用电解池将永磁同步风力发电机的输出电能将水制取氨气和氧气存储，实现 弃风存储，电解池向燃料电池供氨气和氧气，利用燃料电池消耗储氨为负荷供能；永磁同步 风力发电机采用定子磁链定向矢量控制方法和功率下垂控制方法分别进行励磁电流与输 出电压幅值和频率的控制，电解池采用电压闭环反馈控制方法进行输入电流的控制，燃料 电池采用电压闭环反馈控制方法进行输出电流的控制，电解池控制开关和燃料电池控制开 关导通，总控制开关关断。 所述的燃料电池发电运行模式具体为：永磁同步风力发电机不工作处于停机状 态，电解池利用已存储的氨气和氧气向燃料电池供能，使燃料电池输出电能为负载提供电 能，使得负荷正常运行，燃料电池采用电压闭环反馈控制方法进行输入电流的控制，燃料电 池控制开关导通，总控制开关和电解池控制开关关断。 所述的输出电能质量包括电流谐波、电压波动、电压闪变和S相电压不平衡。 本专利技术具有的有益的效果是： 阳029]本专利技术能减少风能的浪费，提高弃风利用能力；提高并网电能的电能质量，减小电 网中的谐波污染；提高能源的综合利用效率，实现风能、氨能、水和电能的能源互补运行能 力。【附图说明】 图1为本专利技术方法的拓扑结构。 图2为实施例模式1的数据截图。 图3为实施例模式2的数据截图。 图4为实施例模式3、4的数据截图。 图5为实施例模式3、4的数据截图。【具体实施方式】 下面结合附图及具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。 本专利技术系统的四种工作模式区分本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种风‑氢‑水‑电混合能源系统拓扑结构，其特征在于：包括进行风力发电的永磁同步风力发电机，永磁同步风力发电机经背靠背双PWM变流器输出，背靠背双PWM变流器输出端经总控制开关(1)连接电网；包括用于接收永磁同步风力发电机产生电能进行电解的电解池，背靠背双PWM变流器输出端依次经电解池控制开关(2)、电解池整流器后连接到电解池；包括用于氢气和氧气反应合成电能的燃料电池，电解池输出的氢气存储罐和氧气存储罐均输入到燃料电池，燃料电池输出端依次经燃料电池逆变器、燃料电池控制开关(3)连接负荷；包括协调控制永磁同步风力发电机、电解池和燃料电池之间运行的中央控制器，中央控制器分别连接永磁同步风力发电机、电解池、燃料电池、总控制开关(1)、电解池控制开关(2)和燃料电池控制开关(3)。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张国月，齐冬莲，郭毅，申红帅，
申请(专利权)人：浙江大学，中节能风力发电股份有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。