一种含电解水制氢负载的风光储离网微电网运行控制方法技术

本发明专利技术公开了一种含电解水制氢负载的风光储离网微电网运行控制方法，其包括1)建立含电解水制氢负载的风光储离网微电网系统；2)对系统中的变换器、整流桥分别设计控制算法；3)通过上层控制器和底层控制器对含电解水制氢负载的风光储离网微电网系统进行运行控制，上层控制器通过通讯设备采集分布式电源功率与储能系统SoC并发送给向底层控制器发送控制基准信号，底层控制器根据上层控制器发送的控制基准信号执行系统运行控制策略。本发明专利技术解决了含电解水制氢负载的风光储离网微电网系统存在的能量优化管理、母线电压波动、电解槽控制以及储能系统SoC的保护与恢复等技术问题。以及储能系统SoC的保护与恢复等技术问题。以及储能系统SoC的保护与恢复等技术问题。

【技术实现步骤摘要】
Integrated Energy System of Wind,Photovoltaic and Hydrogen,"2019IEEE 8th International Conference on Advanced Power System Automation and Protection(APAP)中，建立了MW级交流微电网风/光伏/氢混合能量转换系统，设计协调控制策略，实现了不同工况下能量的有序流动。但是文章对输入功率高于负载和电池容量极限时的控制方式，以及交流母线支撑方式未指明。

技术实现思路

[0008]有鉴于此，本专利技术的目的是提供一种含电解水制氢负载的风光储离网微电网运行控制方法，以解决含电解水制氢负载的风光储离网微电网系统母线电压波动、系统能量流动、碱式/PEM电解槽单元控制等技术问题。
[0009]本专利技术含电解水制氢负载的风光储离网微电网运行控制方法包括以下步骤：
[0010]步骤1：建立含电解水制氢负载的风光储离网微电网系统，所述的风光储离网微电网系统包括输出功率不可控的分布式电源、储能系统、储能系统前级双向AC/DC变换器、电解水制氢电解槽、电解槽侧DC/DC变换器、电解槽前级AC/DC整流器和卸荷单元；所述储能系统前级双向AC/DC变换器和电解槽前级AC/DC整流器的输出端通过交流母线并联，储能系统前级双向AC/DC变换器通过储能系统侧DC/DC变换器与储能系统连接，电解槽前级AC/DC整流器通过电解槽侧DC/DC变换器与电解水制氢电解槽连接，分布式电源的功率输出端和卸荷单元的功率输入端分别与交流母线连接；所述电解水制氢电解槽包括碱式电解槽和PEM电解槽；
[0011]步骤2：对控制含电解水制氢负载的风光储离网微电网系统运行的底层控制器设计控制算法：
[0012]a、储能系统前级双向AC/DC变换器采用双闭环控制，外环为电压环，在交流侧采集交流母线三相电压并进行dq变换，将变换得到的d轴电压值与交流母线相电压峰值比较，经过PI调节输出电流基准；内环为电流环，在交流侧采集交流母线电流并进行dq变换，将变换得到的d轴电流值与外环输出的电流基准比较，经过PI调节输出占空比，然后通过SPWM控制储能系统前级双向AC/DC变换器的开关管；控制储能系统前级双向AC/DC变换器运行的控制算法为：
[0013][0014]式中，md1，mq1分别为储能系统前级双向AC/DC变换器的开关管控制信号，i
ref1
为电压环调节输出的电流基准，i
d1
为d轴电流值，V
d
为d轴电压值，V
q
为q轴电压值，V
ref
为交流母线相电压峰值，V
bat
为储能系统端电压，k
ip1
和k
ii1
分别为内环PI参数，k
vp1
和k
vi1
分别为外环PI参数；
[0015]b、电解槽前级AC/DC整流器也采用双闭环控制，外环对直流侧电压进行控制，内环则根据外环输出基准控制交流侧电流，控制电解槽前级AC/DC整流器运行的控制算法为：
[0016][0017]式中，v'
d
、v'
q
为双闭环输出量，为d轴电流参考值，也即电压环输出量，为q轴电流参考值，i
d
为母线电流进行dq变换得到的d轴电流值，i
q
为母线电流进行dq变换得到的q轴电流值，为直流侧输出电压参考值，V
dc
为直流侧电压采样值，L为线路电感，ω为dq轴旋转角速度，md2，mq2分别为电解槽前级AC/DC整流器的开关管控制信号，k
ip2
和k
ii2
分别为内环PI参数，k
vp2
和k
vi2
分别为外环PI参数；
[0018]c、电解槽侧DC/DC变换器采取单环控制，电流控制基准由上层控制器产生，控制电解槽侧DC/DC变换器运行的控制算法为：
[0019][0020]式中，d1为电解槽侧DC/DC变换器开关管控制信号，i
ref2
为电流控制基准，由上层控制器产生，i
ael
为电解槽采样电流值；k
p1
和k
i1
分别为PI控制器的比例系数和积分系数；
[0021]d、采取单环控制卸荷单元，以母线电压最大参考值作为控制基准，通过PI调节器对卸荷单元的开关管输出控制信号，控制卸荷单元运行的控制算法为：
[0022][0023]式中，d2为卸荷单元的开关管控制信号，V
refmax
为母线电压最大参考值，k
p2
和k
i2
分别为PI调节器的比例系数和积分系数；
[0024]步骤3：通过上层控制器和底层控制器对含电解水制氢负载的风光储离网微电网系统进行运行控制，上层控制器通过通讯设备采集分布式电源功率与储能系统SoC并发送给向底层控制器发送控制基准信号，底层控制器根据上层控制器发送的控制基准信号执行如下控制策略：
[0025](1)工况一：当源侧输入功率小于PEM电解槽额定功率时，碱式电解槽不工作，此时源侧输入功率不及负荷及储能功率，卸荷单元不工作，若此时储能系统的SoC高于下限且未处于充电状态，则源侧输入功率提供给PEM电解槽，同时储能系统提供PEM电解槽运行的缺额功率直至其放电至下限，当储能系统放电至下限时源侧输入功率转向给储能系统充电直至达到其SoC上限1，PEM电解槽在储能系统充电过程中待机；
[0026]当源侧输入功率不足PEM电解槽额定功率时，且储能系统起始SoC已至下限或是处于充电状态时，储能系统无法提供母线电压支撑，则此时碱式电解槽及PEM电解槽均不工作，输入功率用于储能系统充电直至上限1；
[0027](2)工况二：当源侧输入功率大于PEM电解槽额定功率，但小于碱式电解槽最低制氢功率与PEM电解槽额定功率之和时，PEM电解槽以额定功率运行，若此时储能系统的SoC高于下限且未处于充电状态，则储能系统提供碱式电解槽按最低制氢功率运行的缺额功率直至储能系统放电至下限，储能系统放电至下限时源侧剩余输入功率转向给储能系统充电至SoC上限1，储能系统充电至SoC上限1后再继续放电，源侧剩余输入功率等于源侧输入功率减去PEM电解槽运行功率，碱式电解槽在储能系统充电过程中待机，卸荷单元不工作；
[0028](3)工况三：当源侧剩余输入功率大于碱式电解槽最低制氢功率，但小于碱式电解槽额定功率时，PEM电解槽以额定功率运行，碱式电解槽运行功率仅由源侧剩余输入功率提供，储能系统不工作，卸荷单元不工作；
[0029](4)工况四：当源侧剩余输入功率大于碱式电解槽额定功率，但小于碱式电解槽额定功率与储能系统最大功率之和时，PEM电解槽及碱式电解槽工作在额定功率，若储能系统SoC小于上限2，则源侧剩余输入功率除去碱式电解槽额定功率后的剩余功率由储能系统吸收，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种含电解水制氢负载的风光储离网微电网运行控制方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：建立含电解水制氢负载的风光储离网微电网系统，所述的风光储离网微电网系统包括输出功率不可控的分布式电源、储能系统、储能系统前级双向AC/DC变换器、电解水制氢电解槽、电解槽侧DC/DC变换器、电解槽前级AC/DC整流器和卸荷单元；所述储能系统前级双向AC/DC变换器和电解槽前级AC/DC整流器的输出端通过交流母线并联，储能系统前级双向AC/DC变换器通过储能系统侧DC/DC变换器与储能系统连接，电解槽前级AC/DC整流器通过电解槽侧DC/DC变换器与电解水制氢电解槽连接，分布式电源的功率输出端和卸荷单元的功率输入端分别与交流母线连接；所述电解水制氢电解槽包括碱式电解槽和PEM电解槽；步骤2：对控制含电解水制氢负载的风光储离网微电网系统运行的底层控制器设计控制算法：a、储能系统前级双向AC/DC变换器采用双闭环控制，外环为电压环，在交流侧采集交流母线三相电压并进行dq变换，将变换得到的d轴电压值与交流母线相电压峰值比较，经过PI调节输出电流基准；内环为电流环，在交流侧采集交流母线电流并进行dq变换，将变换得到的d轴电流值与外环输出的电流基准比较，经过PI调节输出占空比，然后通过SPWM控制储能系统前级双向AC/DC变换器的开关管；控制储能系统前级双向AC/DC变换器运行的控制算法为：式中，md1，mq1分别为储能系统前级双向AC/DC变换器的开关管控制信号，i
ref1
为电压环调节输出的电流基准，i
d1
为d轴电流值，V
d
为d轴电压值，V
q
为q轴电压值，V
ref
为交流母线相电压峰值，V
bat
为储能系统端电压，k
ip1
和k
ii1
分别为内环PI参数，k
vp1
和k
vi1
分别为外环PI参数；b、电解槽前级AC/DC整流器也采用双闭环控制，外环对直流侧电压进行控制，内环则根据外环输出基准控制交流侧电流，控制电解槽前级AC/DC整流器运行的控制算法为：
式中，v'
d
、v'
q
为双闭环输出量，为d轴电流参考值，也即电压环输出量，为q轴电流参考值，i
d
为母线电流进行dq变换得到的d轴电流值，i
q
为母线电流进行dq变换得到的q轴电流值，为直流侧输出电压参考值，V
dc
为直流侧电压采样值，L为线路电感，ω为dq轴旋转角速度，md2，mq2分别为电解槽前级AC/DC整流器的开关管控制信号，k
ip2
和k
ii2
分别为内环PI参数，k
vp2
和k
vi2
分别为外环PI参数；c、电解槽侧DC/DC变换器采取单环控制，电流控制基准由上层控制器产生，控制电解槽侧DC/DC变换器运行的控制算法为：式中，d1为电解槽侧DC/DC变换器开关管控制信号，i
ref2
为电流控制基准，由上层控制器产生，i
ael
为电解槽采样电流值；k
p1
和k
i1
分别为PI控制器的...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈家伟，夏焌虓，王磊，程佩，王鹏飞，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：