一种离网型微电网电解水制氢系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术提供一种离网型微电网电解水制氢系统及其控制方法，通过设置光伏发电模块、风力发电模块、储能模块及备用电源，可根据天气情况及设备运行状态，在绿色能源制氢模式、风光储联合制氢模式、最大制氢模式、最小制氢模式、单独储能制氢模式及备用制氢模式之间智能切换，解决了光伏、风电单独工作时受天气影响不能长期、稳定工作的问题，大幅提高了制氢设备的年有效利用率、降低了制氢成本；还通过控制模块实时采集交流母线的电压与频率信号，当风电或光伏出现功率波动时，对交流母线进行补偿，使其电压与频率波动始终处于标准范围内，解决了单独风电或光伏制氢引起制氢设备频繁启动与关停、损坏制氢设备的问题，提高了电解槽的使用寿命。槽的使用寿命。槽的使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种离网型微电网电解水制氢系统及其控制方法


[0001]本专利技术涉及一种微电网制氢
，特别是涉及一种离网型微电网电解水制氢系统及其控制方法。

技术介绍

[0002]氢气作为能源，有两个显著的特点。高能量密度，单位质量的热值约是汽油的3倍。绿色低碳，燃烧的产物是水，零污染，是世界上最干净的能源。适合作为大规模储能，实现能源储备。但空气中只有少量的氢气，其他氢主要以化合物的形式存储在水中。
[0003]目前偏远地区或海岛等电网网架延伸不到的区域，常采用离网型可再生能源电解水制氢，主要表现为风电电解水制氢和光伏电解水制氢两种。但上述单独新能源制氢方式存在受限于季节、天气等自然条件，如光伏发电晚上或阳光较弱时无法制氢，造成制氢设备年利用率较低，影响产氢量，提高了每立方氢气的成本，进而影响经济效益；此外，风电和光伏出力存在波动性，其出力曲线无法与电解设备负荷曲线匹配，容易造成母线电压及频率波动，从而降低电解槽使用寿命，影响整体制氢效率。

技术实现思路

[0004]鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种离网型微电网电解水制氢系统及其控制方法，用于解决现有技术中的离网型可再生能源电解水制氢受限于自然条件，造成制氢设备年利用率较低；以及风电和光伏出力存在波动性，造成母线电压及频率波动，影响制氢效率的问题。
[0005]本专利技术提供一种离网型微电网电解水制氢系统，所述系统包括：交流母线、制氢模块、备用电源、光伏发电模块、风力发电模块、储能模块及控制模块；
[0006]所述制氢模块的输入端与所述交流母线连接，输出端与所述备用电源的输入端连接；
[0007]所述备用电源的输出端与所述交流母线连接；
[0008]所述光伏发电模块及所述风力发电模块的输出端分别与所述交流母线连接；
[0009]所述储能模块的输入端和输出端共用一个端口，共用的所述端口与所述交流母线连接；
[0010]所述制氢模块、所述备用电源、所述光伏发电模块、所述风力发电模块及所述储能模块的控制端分别与所述控制模块连接。
[0011]于本专利技术的一实施例中，所述制氢模块包括整流柜、电解槽及储罐，所述整流柜的输入端与所述交流母线连接，输出端与所述电解槽的电源接口连接，所述电解槽的氢气出口与所述储罐的入口管道连接，所述储罐的出口管道与所述备用电源的输入端连接，所述整流柜的控制端与所述控制模块连接。
[0012]于本专利技术的一实施例中，所述备用电源包括第一逆变器、DC/DC转换器及燃料电池；
[0013]所述燃料电池的氢气入口与所述制氢模块的输出端连接，所述燃料电池的电源输出端与所述DC/DC转换器的输入端连接，所述DC/DC转换器的输出端与所述第一逆变器的输入端连接，所述第一逆变器的输出端与所述交流母线连接，所述第一逆变器及所述DC/DC转换器的控制端分别与所述控制模块连接。
[0014]于本专利技术的一实施例中，所述光伏发电模块包括第二逆变器及光伏发电单元，所述光伏发电单元的输出端与所述第二逆变器的输入端连接，所述第二逆变器的输出端与所述交流母线连接，所述第二逆变器的控制端与所述控制模块连接。
[0015]于本专利技术的一实施例中，所述风力发电模块包括风能变流器及风力发电单元，所述风力发电单元的输出端与所述风能变流器的输入端连接，所述风能变流器的输出端与所述交流母线连接，所述风能变流器的控制端与所述控制模块连接。
[0016]于本专利技术的一实施例中，所述储能模块包括储能变流器及储能电池，所述储能变流器的一端为共用的端口，所述端口与所述交流母线连接，另一端与所述储能电池连接；所述储能变流器包括充电控制端及放电控制端，所述充电控制端及所述放电控制端分别与所述控制模块连接。
[0017]于本专利技术的一实施例中，所述系统还包括辅助设备供电模块，所述辅助设备供电模块的输入端与所述交流母线连接，输出端为所述制氢模块的辅助设备提供交流工作电源。
[0018]本专利技术还提供一种离网型微电网电解水制氢的控制方法，所述方法应用于权利要求1-7中任一项所述的离网型微电网电解水制氢系统，所述方法通过分别将所述光伏发电模块、所述风力发电模块及所述储能模块的输出功率与预设制氢功率进行比较，根据比较结果执行相应工作模式：
[0019]1)当所述光伏发电模块或所述风力发电模块中的任一个输出功率大于所述预设制氢功率，执行绿色能源制氢模式：电解槽按预设制氢功率工作，此时控制模块开启第二逆变器和风能变流器，将光伏发电单元或风力发电单元的输出功率汇入交流母线，一部分电能经整流柜整流后送入电解槽，电解槽产生的氢气存入储罐中；同时，控制模块设置储能变流器为充电状态，剩余的电能经储能变流器整流后输入储能电池，为储能电池充电；
[0020]2)当所述光伏发电模块和所述风力发电模块的输出功率均大于所述预设制氢功率，执行最大制氢模式：此时控制模块将电解槽制氢功率设为最大，控制模块开启第二逆变器和风能变流器，将光伏发电单元及风力发电单元的输出功率汇入交流母线，一部分电能经整流柜整流后送入电解槽，电解槽产生的氢气存入储罐中；同时，控制模块设置储能变流器为充电状态，剩余的电能经储能变流器整流后输入储能电池，为储能电池充电；
[0021]3)当所述光伏发电模块和所述风力发电模块的输出功率均小于所述预设制氢功率，但所述光伏发电模块与所述风力发电模块的输出功率之和大于所述预设制氢功率，执行绿色能源制氢模式：电解槽按预设制氢功率工作，此时控制模块开启第二逆变器和风能变流器，将光伏发电单元或风力发电单元的输出功率汇入交流母线，一部分电能经整流柜整流后送入电解槽，电解槽产生的氢气存入储罐中；同时，控制模块设置储能变流器为充电状态，剩余的电能经储能变流器整流后输入储能电池，为储能电池充电；
[0022]4)当所述光伏发电模块和所述风力发电模块的输出功率均小于所述预设制氢功率，且所述光伏发电模块与所述风力发电模块的输出功率之和小于所述预设制氢功率，但
所述光伏发电模块、所述风力发电模块及所述储能模块的输出功率之和大于所述预设制氢功率，执行风光储联合制氢模式：电解槽按预设制氢功率工作，此时控制模块开启第二逆变器和风能变流器，同时设置储能变流器为放电状态，储能电池的输出功率经储能变流器逆变后，汇入交流母线，经整流柜整流后送入电解槽，电解槽产生的氢气存入储罐中；
[0023]5)当所述光伏发电模块、所述风力发电模块的输出功率均小于所述预设制氢功率，且所述光伏发电模块、所述风力发电模块及所述储能模块的输出功率之和小于所述预设制氢功率，但大于电解槽最小制氢功率，执行最小制氢模式：此时控制模块将电解槽制氢功率设为最小，同时开启第二逆变器和风能变流器、设置储能变流器为放电状态，全部电能经整流柜整流后送入电解槽，电解槽产生的氢气存入储罐中；
[0024]6)当所述光伏发电模块或所述风力发电模块任一模块需停机检修时，即光伏发电模块或风力发电模块无输出功率，执行绿色能源制氢模式或风光储联合能制氢模式；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种离网型微电网电解水制氢系统，其特征在于，所述系统包括：交流母线、制氢模块、备用电源、光伏发电模块、风力发电模块、储能模块及控制模块；所述制氢模块的输入端与所述交流母线连接，输出端与所述备用电源的输入端连接；所述备用电源的输出端与所述交流母线连接；所述光伏发电模块及所述风力发电模块的输出端分别与所述交流母线连接；所述储能模块的输入端和输出端共用一个端口，共用的所述端口与所述交流母线连接；所述制氢模块、所述备用电源、所述光伏发电模块、所述风力发电模块及所述储能模块的控制端分别与所述控制模块连接。2.根据权利要求1所述的离网型微电网电解水制氢系统，其特征在于：所述制氢模块包括整流柜、电解槽及储罐，所述整流柜的输入端与所述交流母线连接，输出端与所述电解槽的电源接口连接，所述电解槽的氢气出口与所述储罐的入口管道连接，所述储罐的出口管道与所述备用电源的输入端连接，所述整流柜的控制端与所述控制模块连接。3.根据权利要求1所述的离网型微电网电解水制氢系统，其特征在于：所述备用电源包括第一逆变器、DC/DC转换器及燃料电池；所述燃料电池的氢气入口与所述制氢模块的输出端连接，所述燃料电池的电源输出端与所述DC/DC转换器的输入端连接，所述DC/DC转换器的输出端与所述第一逆变器的输入端连接，所述第一逆变器的输出端与所述交流母线连接，所述第一逆变器及所述DC/DC转换器的控制端分别与所述控制模块连接。4.根据权利要求1所述的离网型微电网电解水制氢系统，其特征在于：所述光伏发电模块包括第二逆变器及光伏发电单元，所述光伏发电单元的输出端与所述第二逆变器的输入端连接，所述第二逆变器的输出端与所述交流母线连接，所述第二逆变器的控制端与所述控制模块连接。5.根据权利要求1所述的离网型微电网电解水制氢系统，其特征在于：所述风力发电模块包括风能变流器及风力发电单元，所述风力发电单元的输出端与所述风能变流器的输入端连接，所述风能变流器的输出端与所述交流母线连接，所述风能变流器的控制端与所述控制模块连接。6.根据权利要求1所述的离网型微电网电解水制氢系统，其特征在于：所述储能模块包括储能变流器及储能电池，所述储能变流器的一端为共用的端口，所述端口与所述交流母线连接，另一端与所述储能电池连接；所述储能变流器包括充电控制端及放电控制端，所述充电控制端及所述放电控制端分别与所述控制模块连接。7.根据权利要求1所述的离网型微电网电解水制氢系统，其特征在于：所述系统还包括辅助设备供电模块，所述辅助设备供电模块的输入端与所述交流母线连接，输出端为所述制氢模块的辅助设备提供交流工作电源。8.一种离网型微电网电解水制氢的控制方法，其特征在于，所述方法应用于权利要求1-7中任一项所述的离网型微电网电解水制氢系统，所述方法通过分别将所述光伏发电模块、所述风力发电模块及所述储能模块的输出功率与预设制氢功率进行比较，根据比较结果执行相应工作模式：1)当所述光伏发电模块或所述风力发电模块中的任一个输出功率大于所述预设制氢
功率，执行绿色能源制氢模式：电解槽按预设制氢功率工作，此时控制模块开启第二逆变器和风能变流器，将光伏发电单元或风力发电单元的输出功率汇入交流母线，一部分电能经整流柜整流后送入电解槽，电解槽产生的氢气存入储罐中；同时，控制模块设置储能变流器为充电状态，剩余的电能经储能变流器整流后输入储能电...

【专利技术属性】
技术研发人员：瞿超杰，
申请(专利权)人：上海绿巨人爱爵能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：