中压直流汇集型可再生能源发电制氢系统及其工作方法技术方案

本发明专利技术属于制氢系统技术领域，公开了一种中压直流汇集型可再生能源发电制氢系统及其工作方法，所述的系统包括可再生能源发电单元、中压直流母线、制氢单元、储能单元以及辅机及安全供电单元，可再生能源发电单元通过输入侧电能变换单元与中压直流母线连接，制氢单元、储能单元以及辅机及安全供电单元通过输出侧电能变换单元与中压直流母线连接。所述的方法包括如下步骤：进行启动；正常运行并进行动态功率调节；判断系统是否停机。本发明专利技术解决了现有技术存在的大规模可再生能源发电与电解水装置的电能耦合问题，占用公共电网容量，煤电污染严重，稳定性和安全性差，连接线路电流过大，损耗过大，系统效率过低，电缆造价过高的问题。问题。问题。

【技术实现步骤摘要】
中压直流汇集型可再生能源发电制氢系统及其工作方法


[0001]本专利技术属于制氢系统
，具体涉及一种中压直流汇集型可再生能源 发电制氢系统及其工作方法。

技术介绍

[0002]在化工、炼钢、交通等很多领域，无法使用电能。需要使用绿氢替代焦炭、 煤制氢、重油制氢、天然气制氢等有二氧化碳排放的生产方式，减少这些领域 的碳排放。因此需要大力发展大规模可再生能源发电制氢。
[0003]现有技术存在以下的问题：
[0004]1)大规模可再生能源发电(主要至风力发电、太阳能发电)的电解水制氢， 目前大部分采用公共交流电网连接，即风电、光伏发电接入公共交流电网，制 氢装置从公共交流电网取电。这种方式的缺点是：由于风电、光伏发电具有间 歇性和波动性，这种方法将占用公共电网容量和公共电网内的调峰机组容量， 并发生容量占用费；在风电、光伏不发电的时候(如夜间无风的时候)，采用 公共电网调峰机组发的电进行制氢。但公共电网的调峰机组一般考虑为煤电机 组。考虑到煤电的效率，用煤发的电进行电解水制氢，生产单位重量氢气的二 氧化碳排放约为煤化学制氢的3倍，不符合可再生能源发电制氢的初衷。所以， 上述接入公共交流电网的方式，在未来不能大规模发展，以支持国家的碳减排 目标。
[0005]2)如果不采用上述方法，则可以采用交流微网离网制氢和直流微网离网制 氢两种方法。其中交流离网制氢存在以下问题：稳定性问题。交流系统存在频 率稳定、功角(相位)稳定和电压稳定的三重稳定性问题，在没有公共电网支 撑的交流电网，这个问题尤其突出。故障穿越问题。交流系统的断路器，在发 生短路时，故障切除时间为50ms
‑
80ms，在这段时间内，整个电网电压极低。 在故障切除后，电网上的各设备各自搜寻电网电压相位，并根据搜寻到的相位 恢复运行。在这个过程中，一般会发生电网频率、相位、电压、电流的大幅波 动，进而导致电网崩溃。因此，采用交流微网离网制氢在稳定性和安全性上存 在很大的问题。
[0006]3)采用直流微网离网制氢，现有技术仅见到单个电解槽的小规模系统，采 用低压(不超过直流1500V)互联。在大规模制氢系统中，采用低压直流互联 将导致连接线路电流过大，损耗过大，系统效率过低，连接线路电缆造价过高 的问题。

技术实现思路

[0007]为了解决现有技术存在的大规模可再生能源发电与电解水装置的电能耦合 问题，占用公共电网容量，煤电污染严重，稳定性和安全性差，连接线路电流 过大，损耗过大，系统效率过低，电缆造价过高的问题，本专利技术目的在于提供 一种中压直流汇集型可再生能源发电制氢系统及其工作方法。
[0008]本专利技术所采用的技术方案为：
[0009]一种中压直流汇集型可再生能源发电制氢系统，包括可再生能源发电单元、 中压
直流母线、制氢单元、储能单元以及辅机及安全供电单元，可再生能源发 电单元通过输入侧电能变换单元与中压直流母线连接，制氢单元、储能单元以 及辅机及安全供电单元通过输出侧电能变换单元与中压直流母线连接。
[0010]进一步地，可再生能源发电单元包括风力发电装置和光伏发电装置，风力 发电装置和光伏发电装置通过输入侧电能变换单元与中压直流母线连接。
[0011]进一步地，输入侧电能变换单元包括升压型直流变压器和升压型整流器， 风力发电装置通过升压型整流器与中压直流母线连接，光伏发电装置通过升压 型直流变压器与中压直流母线连接。
[0012]进一步地，还包括输入侧中压保护单元，输入侧中压保护单元包括若干馈 入型中压直流保护模块，升压型直流变压器通过对应的馈入型中压直流保护模 块与中压直流母线连接，升压型整流器通过对应的馈入型中压直流保护模块与 中压直流母线连接。
[0013]进一步地，输出侧电能变换单元包括降压型直流变压器和双向型直流变压 器，中压直流母线通过对应的双向型直流变压器与储能单元连接，中压直流母 线通过串联设置的双向型直流变压器和逆变器与辅机及安全供电单元连接，且 中压直流母线通过对应的降压型直流变压器与制氢单元连接。
[0014]进一步地，还包括输出侧中压保护单元，输出侧中压保护单元包括若干双 向型中压直流保护模块和若干馈出型中压直流保护模块，中压直流母线通过对 应的双向型中压直流保护模块与双向型直流变压器连接，且中压直流母线通过 对应的馈出型中压直流保护模块与降压型直流变压器连接。
[0015]进一步地，储能单元包括飞轮储能装置和化学储能电池，制氢单元为制氢 电解槽，辅机及安全供电单元包括辅机供电模块和安全供电模块，辅机供电模 块连接有外部若干的电站辅机设备，安全供电模块连接有外部若干的安全级设 备。
[0016]一种中压直流汇集型可再生能源发电制氢系统的工作方法，基于中压直流 汇集型可再生能源发电制氢系统，包括如下步骤：
[0017]若系统为完全无电状态，进行黑启动，否则进行正常启动；
[0018]启动后系统进行正常运行，并进行持续的动态功率调节；
[0019]判断系统是否停机，若是则结束工作，否则维持正常运行。
[0020]进一步地，进行黑启动的步骤为：
[0021]使用安全电源为安全级设备供电，并为储能单元充电；
[0022]使用安全电源和充电后的储能单元通过输出侧电能变换单元为中压直流母 线供电；
[0023]启动可投运的可再生能源发电单元通过中压直流母线为储能单元充电；
[0024]使用中压直流母线通过输出侧电能变换单元为辅机及安全供电单元供电；
[0025]基于正常运行的辅机及安全供电单元，启动制氢单元，并使用中压直流母 线为制氢单元供电。
[0026]进一步地，动态功率调节的具体方法为：采用电压下垂控制和集中调度控 制方式，对系统的动态过程和稳定性进行调节；
[0027]电压下垂控制方式为：根据直流电网电压偏离基准值的幅度值和下垂系数 对系统各装置的功率进行调节，其公式为：
[0028]P
t
＝P
d
*RangeLimit(K1*Vdc_err)
[0029]式中，P
t
为下垂调节功率；P
d
为功率调度指令值；RangeLimit(
·
)为限幅函数； K1为下垂系数；Vdc_err为中压直流母线电压偏离基准值的幅度值；
[0030]集中调度控制方式为：根据制氢需要和系统当前运行状态，对可再生能源 发电单元的发电装置和制氢单元的各制氢装置下达调度功率指令，根据调度功 率指令对装置的功率进行调节；
[0031]各可调装置的功率为下垂调节功率与调度功率指令之和，其公式为：
[0032]P＝P
t
+P
d
[0033]式中，P为可调装置的功率；P
t
为下垂调节功率；P
d
为功率调度指令值；
[0034]系统停机的情况包括无电停机和指令停机，无电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种中压直流汇集型可再生能源发电制氢系统，其特征在于：包括可再生能源发电单元、中压直流母线、制氢单元、储能单元以及辅机及安全供电单元，所述的可再生能源发电单元通过输入侧电能变换单元与中压直流母线连接，所述的制氢单元、储能单元以及辅机及安全供电单元通过输出侧电能变换单元与中压直流母线连接。2.根据权利要求1所述的中压直流汇集型可再生能源发电制氢系统，其特征在于：所述的可再生能源发电单元包括风力发电装置和光伏发电装置，所述的风力发电装置和光伏发电装置通过输入侧电能变换单元与中压直流母线连接。3.根据权利要求2所述的中压直流汇集型可再生能源发电制氢系统，其特征在于：所述的输入侧电能变换单元包括升压型直流变压器和升压型整流器，所述的风力发电装置通过升压型整流器与中压直流母线连接，所述的光伏发电装置通过升压型直流变压器与中压直流母线连接。4.根据权利要求3所述的中压直流汇集型可再生能源发电制氢系统，其特征在于：还包括输入侧中压保护单元，所述的输入侧中压保护单元包括若干馈入型中压直流保护模块，所述的升压型直流变压器通过对应的馈入型中压直流保护模块与中压直流母线连接，所述的升压型整流器通过对应的馈入型中压直流保护模块与中压直流母线连接。5.根据权利要求1所述的中压直流汇集型可再生能源发电制氢系统，其特征在于：所述的输出侧电能变换单元包括降压型直流变压器和双向型直流变压器，所述的中压直流母线通过对应的双向型直流变压器与储能单元连接，中压直流母线通过串联设置的双向型直流变压器和逆变器与辅机及安全供电单元连接，且中压直流母线通过对应的降压型直流变压器与制氢单元连接。6.根据权利要求5所述的中压直流汇集型可再生能源发电制氢系统，其特征在于：还包括输出侧中压保护单元，所述的输出侧中压保护单元包括若干双向型中压直流保护模块和若干馈出型中压直流保护模块，所述的中压直流母线通过对应的双向型中压直流保护模块与双向型直流变压器连接，且中压直流母线通过对应的馈出型中压直流保护模块与降压型直流变压器连接。7.根据权利要求1所述的中压直流汇集型可再生能源发电制氢系统，其特征在于：所述的储能单元包括飞轮储能装置和化学储能电池，所述的制氢单元为制氢电解槽，所述的辅机及安全供电单元包括辅机供电模块和安全供电模块，所述的辅机供...

【专利技术属性】
技术研发人员：马永健，
申请(专利权)人：智寰北京氢能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：