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一种用于电解铝电解生产的光伏直流供电系统及方法技术方案

技术编号:15651374 阅读:354 留言:0更新日期:2017-06-17 04:32
本发明专利技术提出一种用于电解铝电解生产的光伏直流供电系统及方法,该系统包括光伏发电模块、燃料电池储能模块、时空异构耦合控制器和电网供电模块;光伏发电模块为电解铝电解槽提供直流电能,并为燃料电池储能模块充电;燃料电池储能模块将光伏发电模块的剩余电能通过进行储存,采用储存的气体作为燃料得到电能向电解铝电解槽供电;电网供电模块为电解铝电解槽供电;时空异构耦合控制器根据光伏发电模块的光伏发电最大功率P

【技术实现步骤摘要】
一种用于电解铝电解生产的光伏直流供电系统及方法
本专利技术属于清洁能源供电与电力电子电能变换
,具体涉及一种用于电解铝电解生产的光伏直流供电系统及方法。
技术介绍
铝电解负荷为一级负荷,电解车间的电解槽、多功能天车、空压站、变电整流所等负荷也均为一级负荷。铝电解厂的一级负荷占全厂负荷的95%。大型铝工业基地的电解系列电流也在向超大方向发展。电解铝厂的高负荷对电网的供电系统产生了较大负担。同时电解铝生产中发生的电解反应不可避免的产生了二氧化碳影响了环境。电解铝现在有供电系统仅为电网供电,方式单一,而电解铝中电解槽向大容量、高电流密度、高技术的方向发展,且电解铝产业本身又是一个高耗能的行业,启动时也会对电网峰谷调节产生较大影响。
技术实现思路
针对现有技术的不足,本专利技术提出一种用于电解铝电解生产的光伏直流供电系统及方法。本专利技术的技术方案是:一种用于电解铝电解生产的光伏直流供电系统,包括光伏发电模块、燃料电池储能模块、时空异构耦合控制器和电网供电模块;所述光伏发电模块,用于为电解铝电解槽提供直流电能,并为燃料电池储能模块充电;所述燃料电池储能模块,用于当光伏发电模块的最大输出功率大于电解铝电解槽所需功率时,将光伏发电模块的剩余电能通过电转气方式进行储存,并在电解铝电解槽需要燃料电池储能模块供电时,采用储存的气体作为燃料得到电能向电解铝电解槽供电;所述电网供电模块,用于在光伏发电模块和燃料电池储能模块均不能为电解铝电解槽供电时,为电解铝电解槽供电;所述时空异构耦合控制器,用于根据实时采集的光伏发电模块的各个光伏发电板的输出电压和输出电流确定光伏发电模块的光伏发电最大功率Ps;实时采集电解铝电解槽的额定功率P0和额定电压U0,以及燃料电池当前电量百分比η;根据光伏发电模块的光伏发电最大功率Ps和电解铝电解槽的额定功率P0的关系选择电解铝电解槽的电能输入侧;根据不同输入侧电压和电解铝电解槽的额定电压U0计算需要的占空比,控制电能输入侧的输出电压。所述光伏发电模块,包括:多个光伏发电板、第一DC/DC变换器和第二DC/DC变换器;所述燃料电池储能模块,包括:燃料电池和第三DC/DC变换器;所述电网供电模块,包括:供电网和AC/DC变换器;所述AC/DC变换器的输入端连接供电网,所述AC/DC变换器的输出端连接直流母线,所述电解铝电解槽的一端连接直流母线,所述电解铝电解槽的一端连接还连接时空异构耦合控制器,所述电解铝电解槽的另一端连接第一DC/DC变换器的输出端和第三DC/DC变换器的输出端,所述多个光伏发电板并联连接,所述多个光伏发电板的输出端均连接时空异构耦合控制器的输入端、第一DC/DC变换器的输入端和第二DC/DC变换器的输入端,所述第二DC/DC变换器的输出端连接燃料电池的输入端,所述燃料电池的输出端连接第三DC/DC变换器的输入端和时空异构耦合控制器的输入端,所述时空异构耦合控制器的输出端连接第一DC/DC变换器的控制端、第二DC/DC变换器的控制端、第三DC/DC变换器的控制端和AC/DC变换器的控制端,所述电解铝电解槽的气体传输至燃料电池。所述时空异构耦合控制器为DSP,包括:最大功率跟踪模块,功率选择模块和DC/DC变换器控制模块;所述最大功率跟踪模块,用于根据实时采集的光伏发电模块的各个光伏发电板的输出电压和输出电流确定光伏发电模块的光伏发电最大功率Ps;所述功率选择模块,用于实时采集电解铝电解槽的额定功率P0和额定电压U0,以及燃料电池当前电量百分比η;根据光伏发电模块的光伏发电最大功率Ps和电解铝电解槽的额定功率P0的关系选择电解铝电解槽的电能输入侧;所述DC/DC变换器控制模块,根据不同输入侧电压和电解铝电解槽的额定电压U0计算需要的占空比,控制电能输入侧的输出电压。所述第一DC/DC变换器、第二DC/DC变换器、第三DC/DC变换器结构相同,均为Buck-Boost变流器;所述Buck-Boost变流器,包括第一IGBT管S1、第二IGBT管S2、第三IGBT管S3、第四IGBT管S4、谐振电感Lr、第一电容C1、第二电容C2、第一二极管D1、第二二极管D2、第一续流二极管D3、第二续流二极管D4、第三续流二极管D5、续流电感L;所述第一IGBT管S1的门极、第二IGBT管S2的门极、第三IGBT管S3的门极连接DSP的输出端,所述第一IGBT管S1的发射极连接第一续流二极管D3的负极和供电侧正极,所述第一IGBT管S1的集电极连接第一续流二极管D3的正极和谐振电感Lr的一端,所述谐振电感Lr的另一端连接第二IGBT管S2的集电极、第二续流二极管D4的正极、续流电感L的一端和第一二极管D1的负极,所述第二IGBT管S2的发射极连接第二续流二极管D4的负极和第一电容C1的一端,所述第一电容C1的另一端连接供电侧负极和第四IGBT管S4的发射极,所述第四IGBT管S4的集电极连接第一二极管D1的正极,所述续流电感L的另一端连接第三IGBT管S3的集电极、第三续流二极管D5的正极和第二二极管D2的正极,所述第三IGBT管S3的发射极连接第第三续流二极管D5的负极、第二电容C2的一端和电解铝电解槽的输入端,所述第二二极管D2的负极连接第二电容C2的另一端和电解铝电解槽的输入端。所述根据实时采集的光伏发电模块的各个光伏发电板的输出电压和输出电流确定光伏发电模块的光伏发电最大功率Ps的具体过程如下所示:根据当前时刻光伏发电板的输出电流It与下一时刻输出电流预测值建立电流预测模型;所述电流预测模型如下所示:其中,a、B为系数,f(x)=chx为双曲余弦函数;根据对电流预测模型求偏导确定其系数a、B;根据实时采集的输出电流以及电流预测模型得到延时后的电流输出值It+τ,则得到光伏发电板的输出功率P=UIt+τ,从而确定光伏发电板的输出电压U和最大输出功率Pmax;根据光伏发电板的最大输出功率Pmax确定光伏发电模块的光伏发电最大功率Ps=nPmax,其中,n为光伏发电模块中光伏发电板的个数。采用用于电解铝电解生产的光伏直流供电系统进行光伏直流供电的方法,包括以下步骤:步骤1:通过时空异构耦合控制器实时采集光伏发电模块的各个光伏发电板的输出电压和输出电流,确定光伏发电模块的光伏发电最大功率Ps;步骤1.1:根据当前时刻光伏发电板的输出电流It与下一时刻输出电流预测值建立电流预测模型;所述电流预测模型如下所示:其中,a、B为系数,f(x)=chx为双曲余弦函数;步骤1.2:根据对电流预测模型求偏导确定其系数a、B;步骤1.3:根据实时采集的输出电流以及电流预测模型得到延时后的电流输出值It+τ,则得到光伏发电板的输出功率P=UIt+τ,从而确定光伏发电板的输出电压U和最大输出功率Pmax;步骤1.4:根据光伏发电板的最大输出功率Pmax确定光伏发电模块的光伏发电最大功率Ps=nPmax,其中,n为光伏发电模块中光伏发电板的个数。步骤2:通过时空异构耦合控制器实时采集电解铝电解槽的额定功率P0和额定电压U0,以及燃料电池当前电量百分比η;步骤3:通过时空异构耦合控制器比较光伏发电模块的光伏发电最大功率Ps与电解铝电解槽的额定功率P0的大小,若Ps>P0,则执行步骤4,若Ps<P0,则执行步骤7;步骤本文档来自技高网...
一种用于电解铝电解生产的光伏直流供电系统及方法

【技术保护点】
一种用于电解铝电解生产的光伏直流供电系统,其特征在于,包括光伏发电模块、燃料电池储能模块、时空异构耦合控制器和电网供电模块;所述光伏发电模块,用于为电解铝电解槽提供直流电能,并为燃料电池储能模块充电;所述燃料电池储能模块,用于当光伏发电模块的最大输出功率大于电解铝电解槽所需功率时,将光伏发电模块的剩余电能通过电转气方式进行储存,并在电解铝电解槽需要燃料电池储能模块供电时,采用储存的气体作为燃料得到电能向电解铝电解槽供电;所述电网供电模块,用于在光伏发电模块和燃料电池储能模块均不能为电解铝电解槽供电时,为电解铝电解槽供电;所述时空异构耦合控制器,用于根据实时采集的光伏发电模块的各个光伏发电板的输出电压和输出电流确定光伏发电模块的光伏发电最大功率P

【技术特征摘要】
1.一种用于电解铝电解生产的光伏直流供电系统,其特征在于,包括光伏发电模块、燃料电池储能模块、时空异构耦合控制器和电网供电模块;所述光伏发电模块,用于为电解铝电解槽提供直流电能,并为燃料电池储能模块充电;所述燃料电池储能模块,用于当光伏发电模块的最大输出功率大于电解铝电解槽所需功率时,将光伏发电模块的剩余电能通过电转气方式进行储存,并在电解铝电解槽需要燃料电池储能模块供电时,采用储存的气体作为燃料得到电能向电解铝电解槽供电;所述电网供电模块,用于在光伏发电模块和燃料电池储能模块均不能为电解铝电解槽供电时,为电解铝电解槽供电;所述时空异构耦合控制器,用于根据实时采集的光伏发电模块的各个光伏发电板的输出电压和输出电流确定光伏发电模块的光伏发电最大功率Ps;实时采集电解铝电解槽的额定功率P0和额定电压U0,以及燃料电池当前电量百分比η;根据光伏发电模块的光伏发电最大功率Ps和电解铝电解槽的额定功率P0的关系选择电解铝电解槽的电能输入侧;根据不同输入侧电压和电解铝电解槽的额定电压U0计算需要的占空比,控制电能输入侧的输出电压。2.根据权利要求1所述的用于电解铝电解生产的光伏直流供电系统,其特征在于,所述光伏发电模块,包括:多个光伏发电板、第一DC/DC变换器和第二DC/DC变换器;所述燃料电池储能模块,包括:燃料电池和第三DC/DC变换器;所述电网供电模块,包括:供电网和AC/DC变换器;所述AC/DC变换器的输入端连接供电网,所述AC/DC变换器的输出端连接直流母线,所述电解铝电解槽的一端连接直流母线,所述电解铝电解槽的一端连接还连接时空异构耦合控制器,所述电解铝电解槽的另一端连接第一DC/DC变换器的输出端和第三DC/DC变换器的输出端,所述多个光伏发电板并联连接,所述多个光伏发电板的输出端均连接时空异构耦合控制器的输入端、第一DC/DC变换器的输入端和第二DC/DC变换器的输入端,所述第二DC/DC变换器的输出端连接燃料电池的输入端,所述燃料电池的输出端连接第三DC/DC变换器的输入端和时空异构耦合控制器的输入端,所述时空异构耦合控制器的输出端连接第一DC/DC变换器的控制端、第二DC/DC变换器的控制端、第三DC/DC变换器的控制端和AC/DC变换器的控制端,所述电解铝电解槽的气体传输至燃料电池。3.根据权利要求1所述的用于电解铝电解生产的光伏直流供电系统,其特征在于,所述时空异构耦合控制器为DSP,包括:最大功率跟踪模块,功率选择模块和DC/DC变换器控制模块;所述最大功率跟踪模块,用于根据实时采集的光伏发电模块的各个光伏发电板的输出电压和输出电流确定光伏发电模块的光伏发电最大功率Ps;所述功率选择模块,用于实时采集电解铝电解槽的额定功率P0和额定电压U0,以及燃料电池当前电量百分比η;根据光伏发电模块的光伏发电最大功率Ps和电解铝电解槽的额定功率P0的关系选择电解铝电解槽的电能输入侧;所述DC/DC变换器控制模块,根据不同输入侧电压和电解铝电解槽的额定电压U0计算需要的占空比,控制电能输入侧的输出电压。4.根据权利要求2所述的用于电解铝电解生产的光伏直流供电系统,其特征在于,所述第一DC/DC变换器、第二DC/DC变换器、第三DC/DC变换器结构相同,均为Buck-Boost变流器;所述Buck-Boost变流器,包括第一IGBT管S1、第二IGBT管S2、第三IGBT管S3、第四IGBT管S4、谐振电感Lr、第一电容C1、第二电容C2、第一二极管D1、第二二极管D2、第一续流二极管D3、第二续流二极管D4、第三续流二极管D5、续流电感L;所述第一IGBT管S1的门极、第二IGBT管S2的门极、第三IGBT管S3的门极连接DSP的输出端,所述第一IGBT管S1的发射极连接第一续流二极管D3的负极和供电侧正极,所述第一IGBT管S1的集电极连接第一续流二极管D3的正极和谐振电感Lr的一端,所述谐振电感Lr的另一端连接第二IGBT管S2的集电极、第二续流二极管D4的正极、续流电感L的一端和第一二极管D1的负极,所述第二IGBT管S2的发射极连接第二续流二极管D4的负极和第一电容C1...

【专利技术属性】
技术研发人员:孙秋野张化光高子昊马大中黄博南刘振伟陈斯陈磊
申请(专利权)人:东北大学
类型:发明
国别省市:辽宁,21

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