一种基于电解水制氢装置的快速调频响应控制系统制造方法及图纸

本发明专利技术涉及电解水制氢技术领域，具体涉及一种基于电解水制氢装置的快速调频响应控制系统，包括变换器单元、电解水电路单元、交互检测单元、处理单元和变换器控制单元；所述变换器单元用于将电网提供电能变换后发送给电解水电路单元；电解水电路单元用于根据接收到的电能参与氢气生产；交互检测单元用于检测电解水路单元的工作电流是否满足预设的电流约束条件，若不满足，则交互检测单元给处理单元发送调节信号；处理单元内预存有变换器控制策略，处理单元用于接收到调节信号。使用本系统，能够保证当电网出现有功功率波动时，电解氢装置仍能够稳定的运行，保证缓存区内储氢量的稳定性，从而保证下游应用的稳定运行。从而保证下游应用的稳定运行。从而保证下游应用的稳定运行。

A fast frequency modulation response control system based on electrolytic water hydrogen production device

【技术实现步骤摘要】
一种基于电解水制氢装置的快速调频响应控制系统


[0001]本专利技术涉及电解水制氢
，具体涉及一种基于电解水制氢装置的快速调频响应控制系统。

技术介绍

[0002]积极发展清洁能源有助于促进我国碳达峰、碳中和工作的加速进行，加快产业结构的优化。在清洁能源中，氢能作为一种低碳、高效、环境友好、应用场景丰富的绿色能源，有着21世纪的“终极能源”之称，受到了广泛关注。现阶段，主要是将可再生能源的弃电(如光伏发电产生的不稳定电能)用来电解水制备氢能，这样，能够为可再生能源季节性大规模消纳提供一种有效的解决方式，同时也能够助力实现碳中和。另一方面，由于生产下游大多数氢气应用(如氢气汽车加油站)的动力学相对较慢，且运行需要相对稳定的氢气流，因此，通常会设置一个氢气缓冲存储区(下文统一简称为缓存区)，以保证下游应用的稳定运行。
[0003]可再生能源为电解制氢提供了契机，有效推动了低碳氢能的规模化发展。然而，由于可再生能源的弃电具有不稳定的特性，以可再生能源为主导的电力系统同样存在电能不稳定的情况，具体的，此类电力系统可能存在低惯性状态和低频率稳定性的情况。目前，在以可再生能源为主导供能的电力系统中，已经提出了几种替代方案来辅助频率控制，在常规情况下能够使电解水制氢装置相对稳定的运行。
[0004]但是，当电网的有功功率(有功功率指消耗在电阻类元器件上的，转化为其它能量形式的部分，如照明、电动机等)波动时，电解制氢装置仍不能在1
‑
2s内快速响应有功功率的迅速变化。而相对快速且不受控制的有功功率输入变化，会导致电解槽电流快速的改变，从而会影响氢气的产生速率。而氢气的产生速率受到影响时，缓存区内存储的储氢量同样会受到影响，从而可能会导致下游应用无法稳定运行。

技术实现思路

[0005]针对上述现有技术的不足，本专利技术提供了一种基于电解水制氢装置的快速调频响应控制系统，能够保证当电网出现有功功率波动时，电解氢装置仍能够稳定的运行，保证缓存区内储氢量的稳定性，从而保证下游应用的稳定运行。
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术采用了如下的技术方案：
[0007]一种基于电解水制氢装置的快速调频响应控制系统，包括变换器单元、电解水电路单元、交互检测单元、处理单元和变换器控制单元；
[0008]所述变换器单元用于将电网提供电能变换后发送给电解水电路单元；电解水电路单元用于根据接收到的电能参与氢气生产；交互检测单元用于检测电解水路单元的工作电流是否满足预设的电流约束条件，若不满足，则交互检测单元给处理单元发送调节信号；
[0009]处理单元内预存有变换器控制策略；处理单元用于接收到调节信号后，根据变换器当前的有功功率和
△
f，结合变换器控制策略生成变换器调整信息，并发送给变换器控制器；其中，所述
△
f为频率变化值；变换器控制器用于接收到变换器调整信息后对变换器进
行对应的调节控制。
[0010]优选地，所述变换器单元包括沿电流方向依次设置的DC
‑
AC变换器、直流链路和DC
‑
DC变换器；其中，DC
‑
AC变换器为电网侧变换器，DC
‑
DC变换器为电解槽侧变换器；
[0011]处理单元根据DC
‑
AC变换器的有功功率P
EZ
生成变换器调整信息；变换器控制器接收到变换器调整信息后，对DC
‑
DC变换器进行对应的调节控制。
[0012]优选地，所述电解水电路单元包括电解堆反向电压的电压源V
rev
、内阻R
i
和双电层支路。
[0013]优选地，所述双电层支路由支路电容C
OP
和支路电阻R
m
并联组成。
[0014]优选地，所述电解堆反向电压的电压源V
rev
和内阻R
i
满足下列条件：
[0015]u
t
(t)＝V
rev
(p)+R
i
(p)
×
i(t)+V
COP
[0016][0017][0018]式中，u
t
(t)为电解堆端子电压；V
rev
(p)表示电解堆反向电压；R
i
(p)表示电解堆内阻；i(t)为电解堆电流；V
cop
为双电层支路电压；
[0019]e
rev0
为V
rev
在温度为T0和压力为p0下的参考值；F是法拉第常数；R为摩尔气体常数；P为电解槽压力；T为电解槽温度；T0为电解堆初始温度；P0为电解堆初始压力；
[0020]R
i0
为R
i
在温度为T0和压力为p0下的参考值；k为拟合曲线参数，dR
t
为电阻温度系数。
[0021]优选地，所述电网侧变换器通过滤波器与电网连接。
[0022]优选地，所述处理单元中预存的变换器控制策略为：
[0023][0024][0025][0026]P
DC
＝P
EZ
‑
P
cs
[0027][0028][0029][0030]式中，I
d
为电网侧变换器输入电流的d轴分量；I
q
为电网侧变换器输入电流的q轴分量；u
d
为电网电压的d分量；u
q
为电网电压的q分量；u
cd
为电网侧变换器交流侧电压的d分量；u
cq
为电网侧变换器交流侧电压的q分量；ω
s
为系统角频率；R
l
为滤波器的电阻；L
l
为滤波器的电感；P
EZ
为电网侧变换器的有功功率；P
DC
为直流链路电容功率；P
cs
为输入电解槽侧变换器的有功功率；E为直流链路电压；E0为直流链路初始电压；i
DCcl
为直流链路电容电流；i
DCs
为
电解槽侧变换器电流；C为直流链路电容；L为DC
‑
DC变换器电感；i为电解堆电流；t为时间；d表示微分；u
t
为电解堆端子电压；dE为每一个工作周期的直流链路电压。
[0031]优选地，交互检测单元中，预设的电流约束条件包括：
[0032][0033]式中，z为单个氢分子的电子数；F为法拉第常数；为缓存区保证下游氢气稳定供应的最低氢气含量；为事件发生前缓存区中氢气的含量；为缓存区氢气的最大容量；为缓存区的氢气消耗速率；t0为事件发生时刻；t
s
为频率分析时的仿真时间范围；
[0034]N为电解槽的个数；η
F
为法拉第效率；i(t)为电解堆电流本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于电解水制氢装置的快速调频响应控制系统，其特征在于：包括变换器单元、电解水电路单元、交互检测单元、处理单元和变换器控制单元；所述变换器单元用于将电网提供电能变换后发送给电解水电路单元；电解水电路单元用于根据接收到的电能参与氢气生产；交互检测单元用于检测电解水路单元的工作电流是否满足预设的电流约束条件，若不满足，则交互检测单元给处理单元发送调节信号；处理单元内预存有变换器控制策略；处理单元用于接收到调节信号后，根据变换器当前的有功功率和
△
f，结合变换器控制策略生成变换器调整信息，并发送给变换器控制器；其中，所述
△
f为频率变化值；变换器控制器用于接收到变换器调整信息后对变换器进行对应的调节控制。2.如权利要求1所述的基于电解水制氢装置的快速调频响应控制系统，其特征在于：所述变换器单元包括沿电流方向依次设置的DC
‑
AC变换器、直流链路和DC
‑
DC变换器；其中，DC
‑
AC变换器为电网侧变换器，DC
‑
DC变换器为电解槽侧变换器；处理单元根据DC
‑
AC变换器的有功功率P
EZ
生成变换器调整信息；变换器控制器接收到变换器调整信息后，对DC
‑
DC变换器进行对应的调节控制。3.如权利要求2所述的基于电解水制氢装置的快速调频响应控制系统，其特征在于：所述电解水电路单元包括电解堆反向电压的电压源V
rev
、内阻R
i
和双电层支路。4.如权利要求3所述的基于电解水制氢装置的快速调频响应控制系统，其特征在于：所述双电层支路由支路电容C
OP
和支路电阻R
m
并联组成。5.如权利要求4所述的基于电解水制氢装置的快速调频响应控制系统，其特征在于：所述电解堆反向电压的电压源V
rev
和内阻R
i
满足下列条件：u
t
(t)＝V
rev
(p)+R
i
(p)
×
i(t)+V
COPCOP
式中，u
t
(t)为电解堆端子电压；V
rev
(p)表示电解堆反向电压；R
i
(p)表示电解堆内阻；i(t)为电解堆电流；V
c
o
p
为双电层支路电压；e
rev0
为V
rev
在温度为T0和压力为p0下的参考值；F是法拉第常数；R为摩尔气...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄健，侯健生，季克勤，王赢聪，郑航，金坚锋，蒋建勇，卢昊威，周子欣，池源，孟庆昊，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：