一种适用于大容量水电解制氢设备的整流系统技术方案

本发明专利技术涉及一种适用于大容量水电解制氢设备的整流系统，包括四台12脉波同相逆并联晶闸管整流电路和四台整流变压器，其中，一台整流变压器的阀侧线圈与一台12脉波同相逆并联晶闸管整流电路的输入端连接，每台12脉波同相逆并联晶闸管整流电路的输出端分别并联至直流母线，通过直流母线为水电解制氢设备供电。本发明专利技术有效降低变压器二次出线端电抗压降，避免出现整流柜局部过热、整流装置相之间以及元件之间电流不平衡等问题。提高整流装置的功率因数，同时减少因钢结构发热而形成的附加损耗。协同运行4台水电解制氢设备，等效产生48脉冲整流系统，解决了绿色制氢工厂易出现的谐波超标等电能质量问题，减少在谐波治理方面的设备投资，节约成本。节约成本。节约成本。

A rectification system suitable for large capacity water electrolysis hydrogen production equipment

【技术实现步骤摘要】
一种适用于大容量水电解制氢设备的整流系统


[0001]本专利技术专利涉及水电解制氢设备的直流供电系统，属于电力电子及电力系统领域。

技术介绍

[0002]随着碳中和的提出，国内外电解水制氢项目的数量和规模呈指数型增长，2010年前后的多数电解水制氢项目的规模低于0.5MW，而近几年项目单台规模基本为1
‑
5MW。从市场需求调研来看，大量氢能项目集中采用多台套1000NM3/h的电解槽组合使用。其中单台电解槽的直流电压在300
‑
400V，直流电流15KA左右。目前制氢设备的供电采用传统三相桥式六脉冲整流方式，该整流方式随着单台机组容量的增大，将出现变压器二次出线电抗压降明显增大，整流柜局部过热，整流装置相之间以及元件之间电流不平衡等问题，可导致整个整流机组效率下降和功率因数的降低。除此之外，该整流方式大大增加了输入电网的谐波量。长期谐波的存在，不仅使公用电网中的元件产生附加的谐波损耗，降低了发电、输变电设备的效率，而且也会影响制氢工厂各种电气设备的正常工作，除了引起附加损耗外，还可使电机产生机械振动、噪声和过电压，使变压器局部严重过热，使电容器、电缆等设备过热、绝缘老化、寿命缩短，以致损坏等。本文提出的创新型整流系统是可以很好减少磁场对电路工作的影响，提高每个桥臂的电流均衡度，同时降低设备的谐波产生量。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种系统稳定、电能质量优越、效率高的水电解制氢直流供电系统，用以帮助绿色制氢工厂的连续运行。
[0004]本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：
[0005]一种适用于大容量水电解制氢设备的整流系统，包括四台12脉波同相逆并联晶闸管整流电路和四台整流变压器，其中，一台整流变压器的阀侧线圈与一台12脉波同相逆并联晶闸管整流电路的输入端连接，每台所述12脉波同相逆并联晶闸管整流电路的输出端分别并联至直流母线，通过所述直流母线为水电解制氢设备供电。
[0006]在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进。
[0007]进一步，所述四台12脉波同相逆并联晶闸管整流电路的主拓扑结构一致，四台整流变压器的移相角分别设置为
‑
11.25
°
、
‑
3.75
°
、+3.75
°
和+11.25
°
。
[0008]进一步，所述整流变压器的网侧线圈采用三角形连接，所述整流变压器的阀侧线圈包括采用星形连接的第一阀侧线圈和采用三角形连接的第二阀侧线圈，所述第一阀侧线圈与第二阀侧线圈相差30
°
组成十二脉。。
[0009]进一步，一台所述12脉波同相逆并联晶闸管整流电路包括两台相位角相差30
°
的6脉波同相逆并联晶闸管整流电路，分别与所述第一阀侧线圈和第二阀侧线圈的引出线连接。
[0010]本专利技术的有益效果是：
[0011]本专利技术通过设计每相电流流向来减小导排的电感，减小母排的交流阻抗，有效降低变压器二次出线端电抗压降，避免出现整流柜局部过热、整流装置相之间以及元件之间电流不平衡等问题。提高整流装置的功率因数，同时减少因钢结构发热而形成的附加损耗。
[0012]协同运行4台水电解制氢设备，等效产生48脉冲整流系统，抵消5、7、11、13、17、19、
……
、46次谐波，解决了绿色制氢工厂易出现的谐波超标等电能质量问题，减少在谐波治理方面的设备投资，节约成本。
附图说明
[0013]图1为同相逆并联接线示意图；
[0014]图2为本专利技术实施例提供的等效48脉整流系统示意图。
具体实施方式
[0015]以下结合附图对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。
[0016]本专利技术是基于四台1000Nm3/h的水电解制氢装置开发的直流供电系统。它是由四台12脉波同相逆并联晶闸管整流电路和四台整流变压器组成。其中单台1000NM3/h的电解槽工作直流电压360V，电流15KA，属于典型低压大电流设备。
[0017]如图2所示，整流变压器的网侧线圈采用三角形连接，整流变压器的两个阀侧线圈分别采用星形连接和三角形连接。
[0018]为提高整个整流机组效率和功率因数，避免出现变压器二次出线电抗压降明显增大，整流柜局部过热，整流装置相之间以及元件之间电流不平衡等问题。本专利技术的整流装置采用同相逆并联的连接方式，即采用相同相位而极性相反的两根导电铜排组成的母线在整流装置中并联应用，同时将整流变压器阀侧线圈对应设计成两组相差180
°
的结构，并且两个阀侧线圈的引出线在保证电气绝缘的前提下尽可能的接近在一起。
[0019]为便于读者理解，附图1给出现有技术中一种典型的应用于整流装置的同相逆并联接线示意图，如图1所示，当整流柜内a11、a21对b16、b26都同时导电，换相后，a11、a21对c12、c22同时导电，其他导排处于低电压，硅元件不导通，电路中电流流过a21，a11、c12、c22分别形成逆并联电路，其他时间类推。本专利技术实施例中的12脉波同相逆并联晶闸管整流电路，采用同相逆并联连接方式，利用通过导体产生的磁力线相互抵消，达到减少导排电感，最终减少母线的交流阻抗，达到提高整流装置功率因数的目的，降低涡流电流，减少因钢结构发热而形成的附加损耗。
[0020]为了消除整流电路输入电流谐波畸变率，结合该项目的独特性，本专利技术进一步采用4个12脉波的整流器实现等效48脉波整流器，其中四台整流器的主拓扑结构一致，如图2所示，一台12脉波同相逆并联晶闸管整流电路包括两台相位角相差30
°
的6脉波同相逆并联晶闸管整流电路，分别与两个阀侧线圈的引出线连接。
[0021]通过分别设置四台整流变压器的移相角，第一台整流变压器移相角设计成
‑
11.25
°
、第二台整流变压器移相角设计成
‑
3.75
°
、第三台整流变压器移相角设计成+3.75
°
、第四台整流变压器移相角设计成+11.25
°
。当四台设备同时运行时，实现移相角度δ＝7.5
°
，等效产生48脉波整流器的效果。可抵消5、7、11、13、17、19、
……
、46次谐波，这样水电解制氢
设备在运行过程中产生的谐波就主要出现在47次和49次且在35KV侧总谐波畸变率(THD)可达到0.14％。根据现有电网质量标准，高于24次以上的谐波可以忽略，不必进行特别处理，节省投资成本。
[0022]本专利技术通过设计每相电流流向来减小导排的电感，减小母排的交流阻抗，有效降低变压器二次出线端电抗压降，避免出现整流柜局部过热、整流装置相之间以及元件之间电流不平衡等问题。提高整流装置的功率因数，同时减少因钢结构发热而形成的附加损耗。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于大容量水电解制氢设备的整流系统，其特征在于，包括四台12脉波同相逆并联晶闸管整流电路和四台整流变压器，其中，一台整流变压器的阀侧线圈与一台12脉波同相逆并联晶闸管整流电路的输入端连接，每台所述12脉波同相逆并联晶闸管整流电路的输出端分别并联至直流母线，通过所述直流母线为水电解制氢设备供电。2.根据权利要求1所述的整流系统，其特征在于，四台12脉波同相逆并联晶闸管整流电路的主拓扑结构一致，四台整流变压器的移相角分别设置为
‑
11.25
°
、
‑
3.75
°
...

【专利技术属性】
技术研发人员：史铁，余会明，孙俊凯，孔卫江，张晓辉，王文杰，杨泽鹏，王杰鹏，宋时莉，杨金彭，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七一八研究所，
类型：发明
国别省市：