大规模电解水制氢装备的电力电子系统模型技术方案

本发明专利技术公开了一种大规模电解水制氢装备的电力电子系统模型，包括：电网等效电路；三相电解水制氢设备，三相电解水制氢设备与电网等效电路相连，以通过降压变压器将电网中高压交流电经过至少一级降压降到380V三相交流电；三台单相制氢设备，三相电解水制氢设备包括三台单相制氢设备，三台单相制氢设备分别由380V三相交流电的A、B和C的单相交流电压供电，以通过电解水制取氢气。该模型提供一种大规模接入电网的电解水制氢装备的电力电子系统模型，可有效的分析大规模电解水制氢装备接入电网后的稳态与动态特性。

【技术实现步骤摘要】
大规模电解水制氢装备的电力电子系统模型
本专利技术涉及电力系统和氢气制造
，特别涉及一种大规模电解水制氢装备的电力电子系统模型。
技术介绍
目前，随着全球传统能源的日益枯竭，以及化石能源的过度开采与大量消耗引起的环境恶化问题凸显，摆脱现有的能源供应，寻找一种新型的清洁高效、可持续和易利用开发的能源载体方式迫在眉睫，已引起了世界范围内的高度重视。与此同时，氢气由于其无污染、能源密度高、资源丰富等优点而被广泛认为是人类未来利用的主要能源载体，是一种发展前景十分广阔的新能源。有科学家预测，21世纪将是“氢经济(Hydrogeneconomy)时代”。在此背景下，制氢技术也得到了较大的发展，其中以电解水为基础的制氢系统的研究和分析受到了广泛关注。相关技术中，一种新型大规模电力储能装置，公开了一种新型的利用氢气和氧气进行大规模电力储能的装置，主要将电力系统多余的电能通过电解水系统制氢和制氧，利用储氢和储氧系统进行储能，在电网高峰期再利用燃料电池发电提供电能，改善可再生能源发电的输出功率波动，提升供电质量。另外，一种大规模风电储存系统及方法，则更加具体的提出了一种利用风电多余电能进行大规模电解水制氢储能系统及方法，主要利用能量管理系统控制在风电丰富时将多余电能转化为氢气储能，电力缺乏时通过燃料电池转为电能，提高风能利用率。所述两个专利的制氢模型均针对以储能缓冲为目的的使用场景，代表了目前对制氢系统模型构建的主要研究方向。总结上述以及目前对大规模制氢系统构建的模型本质，主要为将氢气作为中间储能媒介，吸收多余电能，电源出力不足时通过燃料电池转化为电能，提高新能源的利用率以及电网功率的稳定性，无法应用于大规模制氢系统接入电网后相关问题的研究分析。然而，新时代下，氢气必将成为未来各行各业甚至日常生活中的能源利用载体，为满足其生产需要，必将有大规模制氢系统接入电网，会严重影响到电网的动态行为，甚至可以改造电网的动态行为。因此，亟需构建满足“氢能”时代需求的大规模制氢系统的电气模型，为相关分析与控制奠定基础。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种大规模电解水制氢装备的电力电子系统模型，该模型可以有效提高电解水制氢装备接入电网的规模，并提供了一种大规模接入电网的电解水制氢装备的电力电子系统模型构建方法，可有效的分析大规模电解水制氢装备接入电网后的相关问题。为达到上述目的，本专利技术一方面实施例提出了一种大规模电解水制氢装备的电力电子系统模型，包括：电网等效电路；三相电解水制氢设备，所述三相电解水制氢设备与所述电网等效电路相连，以通过降压变压器将电网中高压交流电经过至少一级将压降到380V三相交流电；单相制氢设备，所述三相电解水制氢设备包括三台所述单相制氢设备，三台所述单相制氢设备分别由所述380V三相交流电的A、B和C的单相交流电压供电，以通过电解水制取氢气。本专利技术实施例的大规模电解水制氢装备的电力电子系统模型，通过三相电解水制氢设备接入电网，构建大规模接入电网的电解水制氢装备，从而为相关研究人员提供可建模仿真、特性研究、接入电网后相关问题分析等研究的分析模型，有效提高了电解水制氢装备接入电网的规模。另外，根据本专利技术上述实施例的大规模电解水制氢装备的电力电子系统模型还可以具有以下附加的技术特征：进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述单相制氢设备包括：电能变换系统，用于将输入的220单相交流电压整流为直流电压以及对直流电压进行斩波，并进行滤波；电解槽工作等效电气模型，用于通过电解槽制取氢气；电源控制系统模型，用于控制所述隔离式全桥倍流整流DC-DC变换器电路工作，以将整流后的直流电压变换为满足预设条件的直流电压，并通过电容滤波后为电解槽工作等效电气模型供电，使得电解槽工作。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述电能变换系统包括：整流电路和隔离式全桥倍流整流DC-DC变换器电路。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述单相制氢设备还包括：制氢系统辅助设备功耗等效模型，以反映存储所述氢气所需的辅助设备功耗，所述制氢系统辅助设备包括气体压缩机、增压泵和氢气储存等装置。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述电源控制系统模型进一步用于通过电压和电流双闭环控制输出占空比可调的PWM(PulseWidthModulation，脉冲宽度调制)波形，以驱动DC-DC变换环节中逆变电路的开关管的导通与关断，从而将输出直流电压稳定在预设值。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述预设条件的直流电压为所述电解槽的工作电压。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，其中，电压环PI(proportionalintegral，比例积分)调节的传递函数为电流环PI调节的传递函数为：进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述电解槽工作等效电气模型根据端电压和端电流构建，其中，所述端电压和所述端电流满足以下公式：UE＝n(Uwork+IERE+Uact)＝n(Uwork+IERE+Ua·act+Uc·act)，其中，UE为电解槽的端电压；n为电解槽中电解小室的串联个数；Uwork为电解小室的最小工作电压；IE为电解槽的工作电流；RE为电解小室的平均电阻；Uact为电解小室电极过电压；Ua·act为电解小室阳极过电压；Uc·act为电解小室阴极过电压。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述三相电解水制氢设备还包括：供电接口，以将将所述380V三相交流电的ABC单相电压分别为所述三台单相制氢设备供电。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述三相电解水制氢设备为多个。本专利技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1为根据本专利技术一个实施例的大规模电解水制氢装备的电力电子系统模型的结构示意图；图2为根据本专利技术一个实施例的三相电解水制氢装备中单相制氢设备电气模型；图3为根据本专利技术一个实施例的单相制氢设备详细电气模型；图4为根据本专利技术一个实施例的电解水制氢设备电能变换器控制框图。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。下面参照附图描述根据本专利技术实施例提出的大规模电解水制氢装备的电力电子系统模型。图1是本专利技术一个实施例的大规模电解水制氢装备的电力电子系统模型的结构示意图。如图1所示，该大规模电解水制氢装备的电力电子系统模型10包括：电网等效电路100、三相电解水制氢设备200和三台单相制氢设备300。其中，电网等效电路100。三相电解水制氢设备200与电网等效电路100相连，以通过降压变压器将电网中高压交流电经过至少一级将压降到380V三相交流电。三相电解水制氢设备200包括三台单相制氢设备300，三台单相制氢设备300分别由380V三相交流电的A、B和C的单相交流电压供电，以通过电解水制取氢气。该模型10有效提高电解水制氢装备接入电网的规模，提供一种大规模接入电网的电解水本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大规模电解水制氢装备的电力电子系统模型，其特征在于，包括：电网等效电路；三相电解水制氢设备，所述三相电解水制氢设备与所述电网等效电路相连，以通过降压变压器将电网中高压交流电经过至少一级降压降到380V三相交流电；以及三台单相制氢设备，所述三相电解水制氢设备包括所述三台单相制氢设备，所述三台单相制氢设备分别由所述380V三相交流电的A、B和C的单相交流电压供电，以通过电解水制取氢气。

【技术特征摘要】
1.一种大规模电解水制氢装备的电力电子系统模型，其特征在于，包括：电网等效电路；三相电解水制氢设备，所述三相电解水制氢设备与所述电网等效电路相连，以通过降压变压器将电网中高压交流电经过至少一级降压降到380V三相交流电；以及三台单相制氢设备，所述三相电解水制氢设备包括所述三台单相制氢设备，所述三台单相制氢设备分别由所述380V三相交流电的A、B和C的单相交流电压供电，以通过电解水制取氢气。2.根据权利要求1所述的大规模电解水制氢装备的电力电子系统模型，其特征在于，所述单相制氢设备包括：电能变换系统，用于将输入的220单相交流电压整流为直流电压以及对直流电压进行斩波，并进行滤波；电解槽工作等效电气模型，用于反映电解槽制取氢气的工作特性；电源控制系统模型，用于控制所述隔离式全桥倍流整流DC-DC变换器电路工作，以将整流后的直流电压变换为满足预设条件的直流电压，并通过电容滤波后为电解槽工作等效电气模型供电，使得电解槽工作。3.根据权利要求2所述的大规模电解水制氢装备的电力电子系统模型，其特征在于，所述电能变换系统包括：整流电路和隔离式全桥倍流整流DC-DC变换器电路。4.根据权利要求2所述的大规模电解水制氢装备的电力电子系统模型，其特征在于，所述单相制氢设备还包括：制氢系统辅助设备功耗等效模型，以反映存储所述氢气所需辅助设备的功耗，所述制氢系统辅助设备包括气体压缩机、增压泵和氢气储存一台或多台装置。5.根据权利要求2所述的大规模电解水制氢装备的电力电子系...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢小荣，王帅，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11