一种制氢变流器制造技术

本发明专利技术涉及一种制氢变流器，属于制氢变流器领域，制氢变流器包括变压器、晶闸管整流级、IGBT整流级、IGBT逆变级和环流抑制电路，综合考虑电力电子非全控型器件以及全控型器件的优势，采用变压器加上晶闸管和IGBT混合整流的拓扑实现低压大电流输出，并通过环流抑制电路实现了制氢变流器的环流抑制。实现了制氢变流器的环流抑制。实现了制氢变流器的环流抑制。

【技术实现步骤摘要】
一种制氢变流器


[0001]本专利技术涉及制氢变流器领域，特别是涉及一种制氢变流器。

技术介绍

[0002]近些年来基于光伏、风电等可再生能源的发电技术发展迅速，但是由于光伏和风力受外界环境的影响大，具有波动性和间歇性的特点，难以被电力系统消纳。但利用可再生能源制氢可实现绿色发电和用电的完美结合，同时也可以达到碳零排放的目的。可再生能源和电解槽之间需要制氢变流器进行能量变换然后生成电解所需要的低压大电流输入。
[0003]对于制氢变流器的研究，目前已有研究：谷雨.DC
‑
DC变换器直流耦合光伏制氢方法探讨[J].科学技术创新，提出了光伏DC/DC变换器直流耦合制氢系统的理论分析和设计方法，对变换器设计、变换器和电解槽的阻抗匹配进行了深入探讨。周黎英，王玉荣，王庆燕.基于耦合电感的交错高降压比DC/DC制氢变换器[J].综合智慧能源，提出了可降低元件的电压应力的交错拓扑，高降压比DC/DC变换器可应用于光伏制氢系统，有利于提高光伏制氢系统效率。杨文强，邢小文，王思晗.大功率制氢变换器拓扑结构及其控制策略研究[J].电力电子技术，提出了针对大功率电解槽的多模块并联Buck变换器，通过检测各支路运行状态更新参数与控制计算的支路个数，实时分配电流指令、更新延迟角增量，主动实现自动交错控制。但上述研究提出的拓扑在大功率制氢的情况下不具有普适性，且可能存在网侧输入功率低以及负载侧输出低频纹波大等问题。同时，大容量制氢变流器由于需要并联存在环流的问题，以上研究均未涉及到如何抑制变流器的环流。
专利
技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种制氢变流器，以实现制氢变流器的环流抑制。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0006]一种制氢变流器，所述制氢变流器包括：变压器、晶闸管整流级、IGBT整流级、IGBT逆变级和环流抑制电路；
[0007]变压器的原边线圈与电网连接，变压器的副边线圈分别与晶闸管整流级的输入端和IGBT整流级的输入端连接；
[0008]晶闸管整流级的输出端与电解槽连接，所述晶闸管整流级用于根据三相输入电流产生电解槽电解所需要的电流，为电解槽供电；
[0009]IGBT整流级的输出端与IGBT逆变级的输入端连接，所述IGBT整流级用于吸收晶闸管整流级的交流侧谐波电流，并将三相输入电流转换为直流电流；
[0010]IGBT逆变级的输出端分别与环流抑制电路的输入端和电解槽连接，环流抑制电路的输出端与IGBT逆变级的控制端连接；所述IGBT逆变级用于根据所述直流电流产生交流环流后传输至环流抑制电路，同时向电解槽输出高频交流纹波；
[0011]所述环流抑制电路用于利用交流环流产生调制信号，并根据调制信号控制IGBT逆变级所输出的交流环流为0。
[0012]根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：
[0013]本专利技术公开一种制氢变流器，综合考虑电力电子非全控型器件以及全控型器件的优势，采用变压器加上晶闸管和IGBT混合整流的拓扑实现低压大电流输出，并通过环流抑制电路实现了制氢变流器的环流抑制。
附图说明
[0014]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0015]图1为本专利技术实施例提供的制氢变流器拓扑图；
[0016]图2为本专利技术实施例提供的制氢变流器的整体控制框图；
[0017]图3为本专利技术实施例提供的环流抑制电路的控制框图；
[0018]图4为本专利技术实施例提供的IGBT整流控制电路的具体控制框图；
[0019]图5为本专利技术实施例提供的晶闸管整流控制电路的具体控制框图；
[0020]图6为本专利技术实施例提供的制氢变流器的仿真结果图；图6中的(a)为网侧a相电流仿真图，图6中的(b)为晶闸管交流侧电流仿真图，图6中的(c)为IGBT交流侧电流仿真图；
[0021]图7为本专利技术实施例提供的电解槽输入电流仿真结果图；
[0022]图8为本专利技术实施例提供的未加环流抑制电路的环流大小仿真结果图；
[0023]图9为本专利技术实施例提供的加入环流抑制电路的环流大小仿真结果图。
具体实施方式
[0024]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0025]本专利技术的目的是提供一种制氢变流器，以实现制氢变流器的环流抑制。
[0026]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。
[0027]本专利技术实施例提供了一种制氢变流器，如图1所示，制氢变流器包括：变压器、晶闸管整流级、IGBT整流级、IGBT逆变级和环流抑制电路。
[0028]变压器的原边线圈与电网连接，变压器的副边线圈分别与晶闸管整流级的输入端和IGBT整流级的输入端连接。晶闸管整流级的输出端与电解槽连接，晶闸管整流级用于根据三相输入电流产生电解槽电解所需要的电流，为电解槽供电。IGBT整流级的输出端与IGBT逆变级的输入端连接，IGBT整流级用于吸收晶闸管整流级的交流侧谐波电流，并将三相输入电流转换为直流电流。IGBT逆变级的输出端分别与环流抑制电路的输入端和电解槽连接，环流抑制电路的输出端与IGBT逆变级的控制端连接；IGBT逆变级用于根据直流电流产生交流环流后传输至环流抑制电路，同时向电解槽输出高频交流纹波。环流抑制电路用于利用交流环流产生调制信号，并根据调制信号控制IGBT逆变级所输出的交流环流为0。
[0029]由于制氢系统需要金属部件的接地，以避免放电和爆炸的危险，而带电部件的接地需要电力电子转换系统必须包括一个电隔离级，以将制氢系统与电网电压隔离，所以需要变压器。考虑到晶闸管整流的特点是可以承受大电流但输入侧功率因数低，而IGBT整流的特点是耐大电流能力差但输入侧功率因数高且可以通过有源滤波提高网侧的电流质量，综合二者的优缺点，所以拓扑采用晶闸管整流加上IGBT并联整流的方式，IGBT整流和逆变采用背靠背的连接方式。
[0030]各部分具体功能如下，变压器T1的功能是使电网和电解槽形成电隔离以及降压以便整流向电解槽供电。晶闸管整流级的功能是产生电解槽所需要的低压大电流输出。IGBT整流级的功能是吸收晶闸管整流的交流侧谐波电流使电网侧电流近似为正弦以及维持直流侧电压。IGBT逆变级的功能是实现高频交流纹波的输出。
[0031]图1中u
a
、u
b
、u
c
为三相交流电源电压，i<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种制氢变流器，其特征在于，所述制氢变流器包括：变压器、晶闸管整流级、IGBT整流级、IGBT逆变级和环流抑制电路；变压器的原边线圈与电网连接，变压器的副边线圈分别与晶闸管整流级的输入端和IGBT整流级的输入端连接；晶闸管整流级的输出端与电解槽连接，所述晶闸管整流级用于根据三相输入电流产生电解槽电解所需要的电流，为电解槽供电；IGBT整流级的输出端与IGBT逆变级的输入端连接，所述IGBT整流级用于吸收晶闸管整流级的交流侧谐波电流，并将三相输入电流转换为直流电流；IGBT逆变级的输出端分别与环流抑制电路的输入端和电解槽连接，环流抑制电路的输出端与IGBT逆变级的控制端连接；所述IGBT逆变级用于根据所述直流电流产生交流环流后传输至环流抑制电路，同时向电解槽输出高频交流纹波；所述环流抑制电路用于利用交流环流产生调制信号，并根据调制信号控制IGBT逆变级所输出的交流环流为0。2.根据权利要求1所述的制氢变流器，其特征在于，所述IGBT逆变级包括：第一半桥逆变电路和第二半桥逆变电路；第一半桥逆变电路包括第一开关管和第二开关管；第二半桥逆变电路包括第三开关管和第四开关管；第一开关管的漏极和第三开关管的漏极均与IGBT整流级的第一输出端连接，第一开关管的源极与第二开关管的漏极连接，第三开关管的源极与第四开关管的漏极连接，第二开关管的漏极和第四开关管的漏极均与IGBT整流级的第二输出端连接；第一开关管的源极与第二开关管的漏极连接的第一公共点、第三开关管的源极与第四开关管的漏极连接的第二公共点均与电解槽连接；所述第一公共点和所述第二公共点均与环流抑制电路的输入端连接，第一开关管的栅极、第二开关管的栅极、第三开关管的栅极和第四开关管的栅极均与环流抑制电路的输出端连接。3.根据权利要求2所述的制氢变流器，其特征在于，所述环流抑制电路包括：第一电感、第二电感、第一作差模块、第二作差模块、第一PI调节器、第二PI调节器、第一调制电路和第二调制电路；第一电感的一端与第一公共点连接，第一电感的另一端与第一作差模块的第一输入端连接；第一作差模块的第二输入端输入电流控制信号i
ac*
，第一作差模块的输出端与第一PI调节器的输入端连接；所述第一作差模块用于将电流控制信号i
ac*
与IGBT逆变级输出的上侧电流i
ac
作差后的电流传输至第一PI调节器；第一调制电路的第一输入端与第一PI调节器的输出端连接，第一调制电路的第二输入端输入载波电流，第一调制电路的两个输出端分别与第一开关管的栅极和第二开关管的栅极连接；第二电感的一端与第二公共点连接，第二电感的另一端与第二作差模块的第一输入端连接；第二作差模块的第二输入端输入电流控制信号
‑
i
ac*
，第二作差模块的输出端与第二PI调节器的输入端连接；所述第二作差模块用于将电流控制信号
‑
i
ac*
与IGBT逆变级输出的下侧电流i
acdown
作差后的电流传输至第二PI调节器；
第二调制电路的第一输入端与第二PI调节器的输出端连接，第二调制电路的第二输入端输入载波电流，第二调制电路的两个输出端分别与第三开关管的栅极和第四开关管的栅极连接。4.根据权利要求2所述的制氢变流器，其特征在于，所述制氢变流器还包括：直流侧稳压电容、电感L1和三个电感L
f
；直流侧稳压电容的一端分别与IGBT整流级的第一输出端、第一开关管的漏极和第三开关管的漏极连接，直流侧稳压电容的另一端分别与IGBT整流级的第二输出端、第二开关管的漏极和第四开关管的漏极连接；电感L1设置在晶闸管整流级与电解槽的连接线路上；三个电感L
f
分别一一对应地设置在变压器与IGBT整流级的三相连接线路上。5.根据权利要求4所述的制氢变流器，其特征在于，所述制氢变流器还包括：IGBT整流转换电路和IGBT整流控制电路；IGBT整流转换电路的输入端分别与变压器的副边线圈、晶闸管整流级的输入端和IGBT整流级的输入端连接；IGBT整流控制电路的第一输入端与IGBT整流转换电路的输出端连接，IGBT整流控制电路的第二输入端与直流侧稳压电容连接，IGBT整流控制电路的输出端与IGBT整流级的控制端连接。6.根据权利要求5所述的制氢变流器，其特征在于，所述IGBT整流转换电路包括：锁相环、abc/dq变换模块、第一低通滤波器、第二低通滤波器、第三作差模块和第四作差模块；锁相环的输入端与变压器的副边线圈连接；abc/dq变换模块的输入端分别与锁相环的输出端、变压器的副边线圈、晶闸管整流级的输入端和IGBT整流级的输入端连接，abc/dq变换模块的输出端分别与第一低通滤波器的输入端、第二低通滤波器的输入端、第三作差模块的第一输入端、第四作差模块的第一输入端和IGBT整流控制电路的第一输入端连接；所述abc/dq变换模块用于将晶闸管整流级的三相输入电流i
sa
、i
sb
、i
sc
变换为d轴电流i
sd
和q轴电流i
sq
，并将d轴电流i
sd
分别传输至第一低通滤波器和第三作差模块，将q轴电流i
sq
分别传输至第二低通滤波器和第四作差模块；所述abc/dq变换模块还用于将晶闸管整流级的三相输入电压u
oa
、u
ob
、u
oc
变换为d轴电压v
od
和q轴电压v
oq
，并将IGBT整流级的三相输入电流i
va
、i
vb
、i
vc
变换为d轴电流i
vd
和q轴电流i
vq
，同时将d轴电压v
od
、q轴电压v
oq
、d轴电流i
vd
和q轴电流i
vq
均传输至IGBT整流控制电路；第三作差模块的第二输入端与第一低通滤波器的输出端连接，第三作差模块的输出端与IGBT整流控制电路的第三输入端连接；所述第三作差模块用于...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵国鹏，李啸寅，徐衍会，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：