一种基于电导增量法的光伏制氢系统控制方法技术方案

本发明专利技术属于制氢变流器控制技术领域，尤其涉及一种基于电导增量法的光伏制氢系统控制方法。其在降压变流器基础上加入电导增量法控制技术来追踪光伏最大功率点并与电解制氢系统直接耦合提高制氢效率。包括以下步骤：步骤1、在不同工作环境下，采集光伏电池输出的电压电流信息；步骤2、对光伏降压变流器进行分析；步骤3、设计电导增量控制方法；步骤4、分别将测量采集的电量信息以及所需计算信息送入控制模块、同时所计算的信息送入降压变流器开关器件中；步骤5、设计具有制氢功能的电解水系统：步骤6、将步骤4中降压变流器与电解水制氢系统直接耦合，并将降压变流器输出电压电流信号送入电解水系统，最终通过电解水系统进行稳定制氢。氢。氢。

【技术实现步骤摘要】
一种基于电导增量法的光伏制氢系统控制方法


[0001]本专利技术属于制氢变流器控制
，尤其涉及一种基于电导增量法的光伏制氢系统控制方法。

技术介绍

[0002]目前，能源主要是依赖燃烧化石资源获得，加剧了环境污染问题和资源的浪费。目前世界能源形势严峻，鉴于对能源需求的增加和气候变化的现状，利用储量丰富、无污染和可持续开发利用的可再生能源是应对能源问题不可避免的趋势。与地热能、风能等可再生能源相比，利用光伏板收集太阳能发电具有最大的低环境成本发电能力，然而其弊端是间歇性非常明显，难以连续可靠供电，通常情况下，光照密集区和电力消费区之间通常距离较远，往往导致供需不匹配，这阻碍了电网的安全和稳定，而发电量的波动则给清洁能源的消纳带来了问题。因此作为储存剩余可再生能源桥梁的高效和清洁的能源载体就显得尤为重要。氢能由于其清洁性、高能量密度和效率的优点，被认为是未来充当能源载体的最佳物质，可以取代化石燃料，并减少二氧化碳排放，从而减轻对全球变暖的影响。因此在化石燃料时代之后，利用光伏电解水制氢是维持能源发展的强大动力。

技术实现思路

[0003]本专利技术就是针对现有技术存在的缺陷，提供一种基于电导增量法的光伏制氢系统控制方法。其能够针对光照温度变化对光伏产生的功率波动进行快速的最大功率点追踪，同时对要求高电流低电压工作环境的电解系统能够良好适应并能良好适应功率波动，在保证系统稳定运行的同时提高制氢效率、降低制氢能耗，具有一定的工程应用价值。
[0004]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案，在降压变流器基础上加入电导增量法控制技术来追踪光伏最大功率点并与电解制氢系统直接耦合提高制氢效率，公开了一种基于电导增量法的光伏制氢系统控制方法。
[0005]其根据光伏系统出力模型，从分析不同环境下光伏系统的工作状态出发研究其基于电导增量法的最大功率追踪控制方法；其次，根据电解制氢机理构建制氢系统，并研究满足光伏制氢系统低电压、高电流的工作条件的降压变流器控制模型；最后，将具有基于电导增量法的光伏降压变流器与电解水制氢系统模型耦合，采用该控制方法既能为电解器提供所需要的低电压高电流工作环境，也能使系统适应功率波动，减少系统能耗。
[0006]包括以下步骤：
[0007]步骤1、在不同工作环境下，采集光伏电池输出的电压电流信息；
[0008]步骤2、对光伏降压变流器进行分析；
[0009]步骤3、设计具有实现最大功率点追踪的电导增量控制方法；
[0010]步骤4、分别将测量采集的电量信息以及所需计算信息送入具有电导增量法的控制模块、同时所计算的信息送入与光伏直接相连的降压变流器开关器件中；
[0011]步骤5、设计具有制氢功能的电解水系统：
[0012]步骤6、将步骤4中降压变流器与电解水制氢系统直接耦合，并将降压变流器输出电压电流信号送入电解水系统，最终通过电解水系统进行稳定制氢。
[0013]进一步地，所述步骤2中，对光伏降压变流器进行分析为：光伏降压变流器的原理是当PWM波为高电平时，开关元件被打开，使储能电感磁化，并线性增加通过电感的电流，对电容器充电并向负载提供能量；当PWM波形为低电平时，开关元件被关闭，电感和电容元件释放能量维持输出电压，当电路稳定工作时，负载电压的平均值U
o
为
[0014][0015]其中，t
on
为开关元件开通时间，t
off
为开关元件关断时间，T为一个开关周期，α为一个开关周期的开通占空比，E为直流电源电压；
[0016]由式(1)得出，通过变流器输出的电压的平均值U
o
最大为E，然而，当占空比α降低时，U
o
会随之减小，所以它被称为降压转换器。
[0017]进一步地，所述步骤3中，所述设计具有实现最大功率点追踪的电导增量控制方法包括：
[0018]光伏电池的瞬时输出功率表示为：
[0019]P＝VI
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0020]其中，V是光伏系统输出电压，I是光伏系统输出电流。
[0021]同时判断是否跟踪到最大功率点，若是，则停止扰动跟踪；若否，则继续扰动跟踪；
[0022]计算V与V(n
‑
1)的差值dV，计算I与I(n
‑
1)的差值dI，采用增量电导法计算dI/dV；其中，V(n
‑
1)为上一控制周期光伏电池的输出电压，I(n
‑
1)为上一控制周期光伏电池的输出电流，n为控制周期；
[0023]判断dV是否为0，若是，则判断dI是否为0；若否，则判断dI/dV＝
‑
I/V是否成立；
[0024]若dI＝0，则I(n
‑
1)＝I；V(n
‑
1)＝V；若dI不等于0，则判断dI＞0是否成立，若是，则增大光伏电池的输出电压，使得I(n
‑
1)＝I；V(n
‑
1)＝V；若否，则减小光伏电池的输出电压，使得I(n
‑
1)＝I；V(n
‑
1)＝V；
[0025]若dI/dV＝
‑
I/V成立，则I(n
‑
1)＝I；V(n
‑
1)＝V；若dI/dV＝
‑
I/V不成立，则判断dI/dV＞
‑
I/V是否成立，若是，则增大光伏电池的输出电压，使得I(n
‑
1)＝I；V(n
‑
1)＝V；若否，则减小光伏电池的输出电压，使得I(n
‑
1)＝I；V(n
‑
1)＝V。
[0026]进一步地，步骤5中，设计具有制氢功能的电解水系统包括：
[0027]电解水系统主要由两电极以及聚合物薄膜组成，其中氢气在阴极产生，而氧气在阳极产生，其电极反应式如下：
[0028]阳极：
[0029][0030]阴极：
[0031]2H
+
+2e
‑
→
H2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0032]总反应式：
[0033][0034]步骤5
‑
1、设计电解水阳极系统：
[0035]电解水系统阳极失去电子发生氧化反应，反应前后水和氧气的摩尔流量关系如下：
[0036][0037][0038]式中，分别是流入流出阳极的氧气和水的摩尔流速。由于系统没有氧气流入，所以为零。是水从阳极穿过膜的电迁移流速和扩散流速。O
2s
为氧气在阳极产生的流速，其表达式如下：
[0039][0040]其中，电解器个数为m，电解系统电流是I，法拉第常数为F，电解系统效率是η。
[0041]步骤5
‑
2、设计电解水阴极系统：本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于电导增量法的光伏制氢系统控制方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1、在不同工作环境下，采集光伏电池输出的电压电流信息；步骤2、对光伏降压变流器进行分析；步骤3、设计具有实现最大功率点追踪的电导增量控制方法；步骤4、分别将测量采集的电量信息以及所需计算信息送入具有电导增量法的控制模块、同时所计算的信息送入与光伏直接相连的降压变流器开关器件中；步骤5、设计具有制氢功能的电解水系统：步骤6、将步骤4中降压变流器与电解水制氢系统直接耦合，并将降压变流器输出电压电流信号送入电解水系统，最终通过电解水系统进行稳定制氢。2.根据权利要求1所述的一种基于电导增量法的光伏制氢系统控制方法，其特征在于：所述步骤2中，对光伏降压变流器进行分析为：光伏降压变流器的原理是当PWM波为高电平时，开关元件被打开，使储能电感磁化，并线性增加通过电感的电流，对电容器充电并向负载提供能量；当PWM波形为低电平时，开关元件被关闭，电感和电容元件释放能量维持输出电压，当电路稳定工作时，负载电压的平均值U
o
为其中，t
on
为开关元件开通时间，t
off
为开关元件关断时间，T为一个开关周期，α为一个开关周期的开通占空比，E为直流电源电压；由式(1)得出，通过变流器输出的电压的平均值U
o
最大为E，然而，当占空比α降低时，U
o
会随之减小，所以它被称为降压转换器。3.根据权利要求1所述的一种基于电导增量法的光伏制氢系统控制方法，其特征在于：所述步骤3中，所述设计具有实现最大功率点追踪的电导增量控制方法包括：光伏电池的瞬时输出功率表示为：P＝VI
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)其中，V是光伏系统输出电压，I是光伏系统输出电流。同时判断是否跟踪到最大功率点，若是，则停止扰动跟踪；若否，则继续扰动跟踪；计算V与V(n
‑
1)的差值dV，计算I与I(n
‑
1)的差值dI，采用增量电导法计算dI/dV；其中，V(n
‑
1)为上一控制周期光伏电池的输出电压，I(n
‑
1)为上一控制周期光伏电池的输出电流，n为控制周期；判断dV是否为0，若是，则判断dI是否为0；若否，则判断dI/dV＝
‑
I/V是否成立；若dI＝0，则I(n
‑
1)＝I；V(n
‑
1)＝V；若dI不等于0，则判断dI＞0是否成立，若是，则增大光伏电池的输出电压，使得I(n
‑
1)＝I；V(n
‑
1)＝V；若否，则减小光伏电池的输出电压，使得I(n
‑
1)＝I；V(n
‑
1)＝V；若dI/dV＝
‑
I/V成立，则I(n
‑
1)＝I；V(n
‑
1)＝V；若dI/dV＝
‑
I/V不成立，则判断dI/dV＞
‑
I/V是否成立，若是，则增大光伏电池的输出电压，使得I(n

【专利技术属性】
技术研发人员：杨立滨，刘庭响，李春来，李志青，李正曦，周万鹏，张海宁，王京阳，董雁楠，马少华，颜宁，
申请(专利权)人：国网青海省电力公司清洁能源发展研究院国网青海省电力公司经济技术研究院沈阳工业大学，
类型：发明
国别省市：