可再生能源制氢系统并/离网无缝切换控制方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种考虑谐波抑制的可再生能源制氢系统并/离网无缝切换控制方法及装置。首先根据可再生能源制氢系统在两种运行模式下不同的谐波特性和控制目标，提出适用于孤岛模式的阻抗调节控制策略，以及适用于并网模式的谐波补偿控制策略。随后，对建立起孤网电压和频率的储能变流器引入改进电压外环和改进锁相环的方法，实现可再生能源制氢系统母线电压在切换过程中的平滑过渡。该方法可实现在非线性制氢负载及谐波电网下，可再生能源制氢系统并网/孤岛工作模式之间的无缝切换，为可再生能源制氢设备在并网/孤岛两种工作模式下的安全运行提供参考。的安全运行提供参考。的安全运行提供参考。

【技术实现步骤摘要】
可再生能源制氢系统并/离网无缝切换控制方法及装置


[0001]本申请涉及可再生能源发电
，尤其涉及一种可再生能源制氢系统并/离网无缝切换控制方法及装置。

技术介绍

[0002]风力、光伏的清洁发电技术符合可持续发展和环保理念，已成为当前世界用于解决能源短缺和能源污染的重点核心技术。然而，随着风力和光伏的装机容量和发展规模的飞速提升，电网对可再生能源消纳的问题也日益严峻。氢能具有清洁、能量密度大、储量丰富、便于储存和运输等优点，可用于平抑风光上网波动功率，因此，可再生能源制氢已成为未来能源利用的一个重要发展方向。
[0003]由于大功率制氢设备需要满足低压大电流、高可靠性的大功率整流器，因此目前工业中广泛使用的整流器是由晶闸管构成的，由此带来亟需处理的谐波问题。目前对此应用最广泛的谐波处理方式是在制氢负载端接入无源滤波器，但无源滤波器具有补偿能力不可调节的缺点。因此有可以灵活调节补偿能力的有源滤波器的方法被提出，比如有源电力滤波器(APF)、统一电能质量控制器(UPQC)等，可以实现多种电能质量问题的治理。但由于需要购置设备及运行维护，成本较高。近年来，分布式发电设备的拓扑结构被发现与有源滤波器具有相似性，因此可以利用这些设备的冗余容量来进行谐波的治理，控制方法与有源滤波器的控制方法相类似，目前已有多种风电光伏参与电能质量治理的研究。可再生能源制氢系统包括了风电、光伏以及储能等发电设备，如图1所示，因此可灵活利用可再生能源制氢系统中各设备的冗余容量来进行协同谐波治理。
[0004]由于可再生能源制氢系统可运行在并网模式和孤岛模式两种模式下，所采用的谐波抑制策略将随着模式的切换而切换。在并网时，储能变流器以P/Q控制模式运行，直接控制入网电流；而孤岛运行时，则以u/f控制模式运行，为可再生能源制氢系统提供电压和频率基准。由于大多数可再生能源发电机组以及制氢设备是通过电压源型变流器接入并网点(PCC)，因此需要合理控制储能变流器来实现可再生能源制氢系统在两种工作模式间的快速无缝切换，以保证各机组的不间断供电以及整个系统的无间断谐波抑制。

技术实现思路

[0005]本申请实施例的目的是提供一种可再生能源制氢系统并/离网无缝切换控制方法及装置，其可实现新能源制氢系统在并网和孤岛模式间的平滑转换，确保在切换过程中各机组的无间断供电，以及新能源制氢系统的无间断谐波抑制。
[0006]根据本申请实施例的第一方面，提供一种可再生能源制氢系统并/离网切换控制方法，其特征在于，包括：
[0007]根据可再生能源制氢系统的拓扑结构，获得可再生能源制氢系统的谐波特性；
[0008]根据大电网和所述可再生能源制氢系统的谐波特性，利用复系数滤波器，从电网电压提取出正序基频分量，根据所述正序基频分量获得并网点电压的相位；
[0009]在孤岛运行模式下，根据所述可再生能源制氢系统的谐波特性，采用基于谐波阻抗重塑的谐波抑制方法，对可再生能源制氢系统的储能部分进行阻抗调节；
[0010]在并网运行模式下，根据大电网和所述可再生能源制氢系统的谐波特性，采用基于有源滤波器的谐波抑制方法，对可再生能源制氢系统流入电网的谐波电流进行调节；
[0011]在采用基于谐波阻抗重塑和基于有源滤波器的谐波抑制方法之后，给可再生能源制氢系统的储能变流器电压外环的输出加入电流参考值补偿项；
[0012]在电压外环输出加入电流参考补偿项之后，对可再生能源制氢系统从并网向离网进行切换；
[0013]在采用基于谐波阻抗重塑和基于有源滤波器的谐波抑制方法之后，对电网电压相位与可再生能源制氢系统并网点的电压相位进行预同步控制；
[0014]将电网电压相位与可再生能源制氢系统并网点的电压相位进行预同步之后，对可再生能源制氢系统从离网向并网进行切换。
[0015]进一步地，对可再生能源制氢系统的储能部分进行阻抗调节，包括：
[0016]通过在储能变流器输出阻抗的分母中增加二阶通用积分器对储能变流器进行谐波阻抗重塑：
[0017][0018]其中，
[0019][0020][0021]G
PI_I
(s)＝K
p_I
+K
i_I
/s是电流环的传递函数，G
PI_V
(s)＝K
p_V
+K
i_V
/s是电压环的传递函数，Z
c
为储能系统线路阻抗，L
f
为储能系统滤波电感，C
f
为储能系统滤波电容，ω
ch
是二阶通用积分器的截止频率，ω
sh
是二阶通用积分器的谐振频率。
[0022]进一步地，根据大电网和所述可再生能源制氢系统的谐波特性，采用基于有源滤波器的谐波抑制方法，对可再生能源制氢系统流入电网的谐波电流进行调节，包括：
[0023]检测入网电流，将入网电流转换至储能侧之后，滤出入网电流的谐波分量，利用有源滤波器的谐波抑制方法，将谐波分量作为储能侧的谐波电流指令，送入二阶通用积分器进行跟随控制。
[0024]进一步地，给可再生能源制氢系统的储能变流器电压外环的输出加入电流参考值补偿项，包括：
[0025]在电压外环输出加入补偿量i
dq
+i
gdq
，其中i
gdq
为可再生能源制氢系统离网前的电网电流，i
dq
为可再生能源制氢系统离网前的储能系统电流。
[0026]根据本申请实施例的第二方面，提供一种可再生能源制氢系统并/离网切换控制装置，包括：
[0027]谐波特性获得模块，用于根据可再生能源制氢系统的拓扑结构，获得可再生能源制氢系统的谐波特性；
[0028]相位获得模块，用于根据大电网和所述可再生能源制氢系统的谐波特性，利用复系数滤波器，从电网电压提取出正序基频分量，根据所述正序基频分量获得并网点电压的相位；
[0029]阻抗调节模块，用于在孤岛运行模式下，根据所述可再生能源制氢系统的谐波特性，采用基于谐波阻抗重塑的谐波抑制方法，对可再生能源制氢系统的储能部分进行阻抗调节；
[0030]谐波电流调节模块，用于在并网运行模式下，根据大电网和所述可再生能源制氢系统的谐波特性，采用基于有源滤波器的谐波抑制方法，对可再生能源制氢系统流入电网的谐波电流进行调节；
[0031]补偿模块，用于在采用基于谐波阻抗重塑和基于有源滤波器的谐波抑制方法之后，给可再生能源制氢系统的储能变流器电压外环的输出加入电流参考值补偿项；
[0032]第一切换模块，用于在电压外环输出加入电流参考补偿项之后，对可再生能源制氢系统从并网向离网进行切换；
[0033]预同步控制模块，用于在采用基于谐波阻抗重塑和基于有源滤波器的谐波抑制方法之后，对电网电压相位与可再生能源制氢系统并网点的电压相位进行预同步控制；
[0034]第二切换模块，用于将电网电压相位与可再本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可再生能源制氢系统并/离网切换控制方法，其特征在于，包括：根据可再生能源制氢系统的拓扑结构，获得可再生能源制氢系统的谐波特性；根据大电网和所述可再生能源制氢系统的谐波特性，利用复系数滤波器，从电网电压提取出正序基频分量，根据所述正序基频分量获得并网点电压的相位；在孤岛运行模式下，根据所述可再生能源制氢系统的谐波特性，采用基于谐波阻抗重塑的谐波抑制方法，对可再生能源制氢系统的储能部分进行阻抗调节；在并网运行模式下，根据大电网和所述可再生能源制氢系统的谐波特性，采用基于有源滤波器的谐波抑制方法，对可再生能源制氢系统流入电网的谐波电流进行调节；在采用基于谐波阻抗重塑和基于有源滤波器的谐波抑制方法之后，给可再生能源制氢系统的储能变流器电压外环的输出加入电流参考值补偿项；在电压外环输出加入电流参考补偿项之后，对可再生能源制氢系统从并网向离网进行切换；在采用基于谐波阻抗重塑和基于有源滤波器的谐波抑制方法之后，对电网电压相位与可再生能源制氢系统并网点的电压相位进行预同步控制；将电网电压相位与可再生能源制氢系统并网点的电压相位进行预同步之后，对可再生能源制氢系统从离网向并网进行切换。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对可再生能源制氢系统的储能部分进行阻抗调节，包括：通过在储能变流器输出阻抗的分母中增加二阶通用积分器对储能变流器进行谐波阻抗重塑：其中，其中，G
PI_I
(s)＝K
p_I
+K
i_I
/s是电流环的传递函数，G
PI_V
(s)＝K
p_V
+K
i_V
/s是电压环的传递函数，Z
c
为储能系统线路阻抗，L
f
为储能系统滤波电感，C
f
为储能系统滤波电容，ω
ch
是二阶通用积分器的截止频率，ω
sh
是二阶通用积分器的谐振频率。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据大电网和所述可再生能源制氢系统的谐波特性，采用基于有源滤波器的谐波抑制方法，对可再生能源制氢系统流入电网的谐波电流进行调节，包括：检测入网电流，将入网电流转换至储能侧之后，滤出入网电流的谐波分量，利用有源滤波器的谐波抑制方法，将谐波分量作为储能侧的谐波电流指令，送入二阶通用积分器进行跟随控制。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，给可再生能源制氢系统的储能变流器电压外环的输出加入电流参考值补偿项，包括：
在电压外环输出加入补偿量i
dq
+i
gdq
，其中i
gdq
为可再生能源制氢系统离网前的电网电流，i
dq
为可再生能源制氢系统离网前的储能系统电流。5.一种可再生能源制氢系统并/离网切换控制装置，其特征在于，包括：谐波特性获得模块...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙丹，余紫薇，年珩，郝洪亮，孙涛，陈洪胜，夏天奇，朱鸿飞，段琦玮，雷振锋，杨倩鹏，王丽杰，
申请(专利权)人：中国大唐集团未来能源科技创新中心有限公司，
类型：发明
国别省市：